全國中小學科展

數學科

解開難題的鑰匙

課外活動時,老師要我們每個人完成一項“自我挑戰”的任務,翻箱倒櫃又上網路,尋找許多題材,最後被我們看上而雀屏中選的是 Brian Bolt借,王榮輝譯的“舉一反三”一書中的“郵票設計”問題,它符台實用性、生活化,又兼具趣味性,更重要的是真的很能「自我挑戰」。 基本上,這個遊戲要注意到,不同型式的郵票祖設計有不同的撕法,以及該設計總範圍內的每一個連續整數由 1 到總票值都能被單張或相連的若干張配對出來,不容易。

自然數中移位、加倍、循環對之探討

在尋找滿足條件:『將自然數的個位數字移動至最前面,其他位數向後推移一位,所得的因數為原數的2倍的自然數』的過程中,發現求出的解的形式與循環小數的循環部分有對應的關係,(例如:105263157894736842將個位數字移至最前位,其他位數字向後推一位,得新數210526315789473684恰為105263157894736842的2倍,而2/19=0.105263157894736842,發現他與2/19的循環小數部份相同)。本篇文章討論的主題除了『移一位後,新數為原數κ倍』外,延伸至『移a位後,新數為原數κ倍』的部份,並發現他的結果與循環小數的循環部分有相同的排列方式。

手環遊戲

本研究探討利用截最少顏色段數來組合最多連續整數1、2、3…k-1、k 顆珠子的手環,不\r 同顏色段的珠數可以是1 個、2 個、3 個…,將相鄰顏色的珠子單一、兩兩或三三以上互相組\r 合在一起,組合出最長且最多種不同長度的鍊子。我們發現有趣之處,當手鍊上有N 種顏色段,\r 最多可產生1+N×(N-1)種串珠的組合,手鍊總珠數為1+N×(N-1)個。而且我們參考並修改\r 相關歷屆作品的研究方法,找出比較快速且可篩選過濾重複組合的方式------利用abcde…\r 找出段數所代表的數字,再以數字的排列組合找出相關的隱藏組合,最後利用Excle 程式檢驗。\r 當段數愈多,間隔的組合就愈繁多,從這些繁多的組合中,我們找出1 段~6 段(也就是總珠子\r 數1 顆~31 顆)的最佳解。

一筆畫、分組-一點都不少

因為千元大鈔的誘惑以及班上象棋比賽的關係,我們開始研究點和點之間的關係,並把研究結果應用在日常生活之中。我們發現了將點一筆畫走完的方法,也知道了如何分組才能每個人都互相比賽到,而且這兩者之間有緊密的關係。最後,我們試著找出跳棋比賽的分組賽程,利用點一筆畫的發現,我們找到了比較有效率的辦法。

幾何之美----美術磚的樣式與規律

猶記得老師上到第三章數與形的樣式與規律時,曾拿她親自做的拼布作品給我們\r 看,震撼之餘又深深為此幾何拼湊之美而著迷,知道說在我們生活週遭也感受到很多建\r 築物的設計樣式都採用幾何圖形來拼湊,尤其在地板、牆壁的樣式,而且大多選擇採用\r 許多正多邊形來拼湊,例如:正方形、正六邊形…等,我們就很好奇要完成這樣的幾何\r 圖形拼湊是不是任何一種正多邊形都可以完成這樣的鋪貼?老師就鼓勵我們利用此學期\r 教的幾何圖形性質及幾何圖形的變動來推導其可能情形及為什麼?於是我們就找了幾個\r 志同道合同學組成一個研究小組試著來做

賽車達人 - 叫我第一名賽車手

為了贏得賽車比賽我們進行了此次的研究,我們得到一些向量運算的規則,並學會必需對每個賽道先拆成幾個小段分析賽道的特性,再利用其特性決定採取的策略。我們的推論並證明:能夠搶到有利的出發點、先加速彎進並進入最靠近轉彎點轉彎、以及在最後加速時搶到有利加速賽徑的人就能贏得比賽。賽道的轉彎處夾角越大時可以用越大速度過彎,大小由賽道可容許的剎車寬度決定,而夾角越小則轉彎的速度也應越小。我們利用歸納推論出的加速決策:1+2+…+(n-1)+n+(n-1)+…+2+1=n×n 算出賽車時每個局部路線水平及垂直的最大速度,可以避免剎車不及亦可計算需走的步數,再依據剩下的格子數依路線的特性稍微調整,就可以跑出理想中最快的路線。

孔明復生,天下三分計

有關研究平分(或N 等分)多邊形面積的題材,在全國科展中,屢見不鮮;但其所討論的範圍,大多只是涉及平分(或N等分)多邊形面積的作法,然對平分(或N等分)多邊形面積的分割線數之多寡以及所分割成的圖狀皆未曾討論。而本作品「孔明復生,天下三分計」,除了對三等分面積提出具體的作法外,也針對了“最佳分割線”(即兩條分割線)與“圖狀”作了討論與研究。其次本作品的特色有:1. 分割線過一基準(即一定點P),且分成定點位於多邊形的頂點、邊上、內部、外部等四部分加以討論2. 所分割的面積不但相等且為完整圖形(即不被分離的圖形)3. 探討過定點P 的“最佳分割線”的分法及組數4. 研究“最佳分割線”所分割成的圖狀,並導出定點P 位於N 邊形各個位置所分割成圖狀種類數量的公式。

化『錐』為『球』

正多面體有五種,而阿基米德多面體有 21 種之多,其中有些阿基米德多面體可以由正多面體切除「角」而產生;亦即把正多面體的每稜邊取中點後連線,然後去除各頂點的角。 以正四面體開始,截角可以得到正八面體,再截角可得 3,3,4,4 多面體。如果繼續截角,當步驟趨近於無限大時,會得到何種立體圖形?是球嗎? 本研究先觀察此系列多面體的特性,以計算體積法、導出頂點之坐標來求得其極限值,但因體積變化無規律、頂點坐標有多餘解而無法直接求得結果。進而將此系列多面體投影於xy平面上,發現其具有4×2 k 邊形的投影形狀,並且上下左右對稱。故將此投影形狀坐標化後,可求出各點之坐標,代入二次曲線一般式中,得拋物線,即極限之形狀並不是球。

「0」「1」世界

在一nxn的方格表中,每一格子填入數字0或1,使得任意兩行和任意兩列相交的四個方格中,至少填入一個0,試求可填入1的個數之最大值(即M(n))。研究方向主要是以排列組合的方法進行探討,並透過柯西不等式推導出M(n)的上界。在相同的限制條件下,推廣至任意的行數與列數所造的矩形方格表中,利用填入的1的技巧,及相關聯的數學通式,得出M(mxn)之上、下界。

一筆成型-探討多面體最短步行數

本研究以多面體的「邊」為思考主軸,探討各種多邊形如何利用最短的銅線長度才能串成立體模型及是否可能一筆畫描繪完成,並實際製作多邊形模型浸入泡泡水來討泡膜形狀,研究結果發現只有六面體和正八面體可以一筆畫描繪完成,而串成各多邊形立體模型最短的銅線長度只有角錐和角柱二種立體模型具有規律性並與最少邊重複次數的路徑有關係,而且由邊長推導出N角柱(或角錐)的最短步行長度等於以奇頂點數推導出N角柱(或角錐)的最短步行長度,我們也利用歐拉定理來證明我們的最短步行長度是正確的。