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數學科

對應編號入坐的圓桌錯位問題之研究

會議室圓桌上有𝑛個座位,順時針依序放有號碼1、2、3、⋯、𝑛,共𝑛張名牌。參加這場議會的人都有自己的編號,依序為1、2、3、⋯、𝑛,假設編號1的人一定先進入並坐到號碼2的位子,剩下的人則為亂序進入,先找到自己名牌的位子,如果自己的位子是空的,就直接坐下,如果位子被佔了,則順時針或逆時針找最近的空位入坐,若順時針與逆時針最近的空位距離相等,則順時針入坐(例如編號2到達時,發現自己的位子被坐,順時針距離最近的空位是號碼3,逆時針距離最近的位子是號碼1,則編號2坐到號碼3)。等到前一個人坐下後,下一個人再進入會議室。 依此規則,探討其坐法循環規律、坐法分布、坐法總數,並找出有幾種入座順序對應相同的坐法,以及坐錯位子人數的期望值。

蜿蜒曲折

本作品研究「從幾何圖形問題探究如何以最多或最少的路徑轉折次數通過各類幾何圖形的所有中心」,同時解決科學研習雙月刊的問題。主要將該主題分為:研究各類幾何圖形路徑轉折處只能在中心、路徑轉折處只能在頂點與路徑轉折處在中心與頂點給定依序輪流條件時,路徑轉折次數的最大值及最小值與邊格數之關係,更可延伸探討長方體及矩形不同路徑走法組合。再者,由路徑的行進方向發現,在將各類幾何圖形的路徑方向化為代數後,可將路徑過程表示為一個代數列。若代數列相鄰的兩項為相同代數,則該路徑為一直線;若相鄰的兩項為不相同代數,則該路徑為路徑轉折處。比較至代數列的最後一項,即可找出該幾何圖形的路徑轉折次數,並用代數列驗證其一般式。

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,去完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論了利用1、2、3 個圓去覆蓋的情形,並分銳角、直角、鈍角三角形去做分類,有完整的結果。並在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律。

「積」「極」向上

本研究旨經「阿基米德積木」堆疊操作與研究,透過「角度」、「線段」等不同變因進行演練推算,探索與堆疊高度最大值的相關。 在研究堆疊螺旋塔的過程,發現到積木交疊處介於6

本研究旨在探討科學研習月刊62-2期中「鳩佔鵲巢」的問題。首先小斑鳩編號是0,喜鵲編號1、2、3、4、5,沿著圓周排列,探討餵食的順序為選第一隻編號k喜鵲餵食,下一隻被餵食的鳥是由這隻鳥開始,順時針接著沿著圓周數的第k隻鳥。接著編號r喜鵲,再由這隻鳥開始沿著圓周數的第r隻鳥,以此類推。但若餵到編號0斑鳩,會將食物吃光。探討喜鵲n隻,當食物n份、無限多份時,以及當餵食順序為順時針、逆時針交替時,所有喜鵲都吃到食物,其「位置排序」和小鳥數量之間的數學關係。並延伸討論(1)當斑鳩二隻位置相鄰時,(2)當喜鵲吃完一份食物後即飛走時。食物n份、所有喜鵲都吃到食物,其「位置排序」和小鳥數量之間的數學關係。

凹凸有竅門,完美再呈現! ~六邊形蜂巢堆砌策略之探討

我用前兩年研究的結論延伸探究在凹凸形狀的蜂巢中擺放灰色六邊形透過有系統的堆砌方式及策略應用,兼以「一筆畫」方式檢驗是否為最佳化組合並依據模組間的相互關係值,求得K值包圍的白色六邊形總數計算公式 。 在P值相同的條件下我得到幾個結果: 1.凹角一種和凸角二種皆能有系統的堆砌及排列規則。 2.經由模組相互間衍伸出的關係值所有個別模組的W值總和、角對角數量(A值),共用格數量 (S值)可找出較佳的堆砌組合,並求出包圍的白色六邊形總數(K值)。 3.透過「一筆畫」方式,能找出最少路徑數(K值),以檢驗每種堆砌組合是否為最佳化組合。 4.得出的結論延伸應用於課室的分組座位安排,以縮短課堂巡視的路徑數(K值)。

雙圓繞行軌跡性質探討

本文探討雙圓軌跡繞行函數𝑆𝑎,𝑏,𝑟(𝑡)≔(cos 𝑎𝑡+𝑟cos 𝑏𝑡,sin 𝑎𝑡+𝑟sin 𝑏𝑡) 的圖形特徵及拓樸性質,利用GeoGebra繪圖觀察圖形模式,並使用微積分等分析學的手法進行證明。 本文主要分為兩個部分進行探討,分別研究變動𝑎,𝑏和變動𝑟造成的現象。第一部分關於𝑎,𝑏的討論發現當𝑎/𝑏為有理數時,圖形將有明顯的週期性結構,因此我們定義並討論此函數的代數週期及幾何週期。當𝑎/𝑏為無理數時,圖形將不再有週期結構,然而其圖形卻會在一環狀區域𝐷𝑟中稠密,並且圖形的補集也會在𝐷𝑟中稠密。第二部分關於𝑟的討論,發現當𝑟在某些特定值時,圖形將產生尖點,並且此尖點可作出通過原點的圖形切線。

衍伸三角形之有向面積性質探究

2021年Todor Zaharinov在數學雜誌上提供了一道幾何證明題,題目為「給定任意三角形𝐴𝐵𝐶與動點𝑃,以𝑃點和三角形邊(或其延長線)上的點,構造三個旁接三角形,並使得𝐴、𝐵、𝐶點分別為其重心,再取旁接三角形的頂點構造兩個 衍伸三角形,證明衍伸三角形恆面積相同」。 我們的研究在原題構造中發現了新性質,並創新將其中的「重心」更換為其他形心構造與剖析,並關心衍伸三角形的面積關係,更探討滿足特殊條件時,動點 𝑃 在平面上的軌跡。 值得一提的是,當以三頂點為旁接三角形的「垂心」時,滿足衍伸三角形的有向面積的和與差為0的𝑃點,其軌跡構成外接圓及著名的Kiepert雙曲線,這是一大亮點。

knight探城祕

在探究騎士過城堡的棋盤格遊戲中,我們發現棋盤設計巧妙,玩家可以從任意棋盤格出發,利用西洋棋中騎士的L形走法,跳過棋盤上的每一格且僅能跳一次,最終返回起始點以通過城堡。本研究的目的是在4x4棋盤格中,找出符合遊戲規則的棋格圖形。首先探討3x3棋盤中任意兩格與其路徑圖形之間的關係,發現了路徑與圖形間的相對關係,將此發現應用於4x4棋盤,並以「路徑探戡法」通過Python程式分析生成棋盤格圖形的路徑,刪除不符合遊戲規則的圖形,合併重複、對稱和旋轉對稱圖形。最後篩選出的棋盤格圖形,依棋盤格子數量分類:8格的有1個、10格的有8個、12格的有9個、14格的有1個,總共19個符合遊戲條件的棋盤格圖形。

免死金牌變因下的汰留問題進階探討

偶然接觸Knuth 具體數學[1]、九死一生[2]與我要活下去[3]後,發現汰留問題實為約瑟夫問題的變形。而科學教育月刊的「免死金牌變因下之約瑟夫問題初探」[5]中引進「免死金牌」設定,提升約瑟夫問題的複雜度與趣味性,勾起我們的好奇心,其中的約瑟夫問題實為汰留問題,且利用遞迴關係遞迴至免死金牌持有者的編號為1號和2號。其中編號1號的規律佳,但編號2號的規律複雜。我們換個方向思考,當免死金牌持有者的編號為奇數時,依淘汰順序來討論;編號為偶數時,利用遞迴關係遞迴至奇數,找出最後存活者編號的方法與通式。進一步在汰留問題及免死金牌汰留問題,找出倒數第k位存活者的編號規則,並將問題推至兩面免死金牌也得到很好的結果。