全國中小學科展

數學科

向日葵的螺旋華爾滋

仿照向日葵花盤生長的模式,我們單純的以數學方法:改變發散角φ,研究原基排列的規則,有以下研究目的。一、發散角與螺旋結構之關係二、發散角產生雙螺旋結構的特性三、發散角為2π的有理倍數亦產生雙螺旋結構四、螺旋數目為Lucas數列相鄰兩項的向日葵的發散角與性質以 φ/2π 的連分數求得近似分數的分母構成Sφ數列,便可作出以Sφ數列為單螺旋數目的原基排列;原基產生雙螺旋結構亦存在,但是螺旋數目並非必為Sφ數列中相鄰兩項。發散角即便為2π的有理倍數,而使得固定間隔順序的原基會共直線,但是並不影響原基產生雙螺旋結構。螺旋數目為Lucas數列相鄰兩項的向日葵的發散角,經由連分數相關概念計算而得φL=4π/5+√5,其螺旋數目與黃金角所產生的雙螺旋結構性質相似。

從垂足三角形到垂足多邊形

在偶然的機會中,於學校圖書館中發現了 《 幾何研究 》 一書,看到其中的「垂足三角形」( Pedal triangles)1「令 P 為已知三角形內之任一點,且令PB1,PB2,PB3為作向三邊A2A3,A3A1,A1A2之垂直線,此等垂直線之足,為 △B1B2B3(稱 △B1B2B3 為 △A1A2A3之第一垂足三角形)之諸頂點,該三角形為對「垂足點」 P , △A1A2A3之垂足三角形。第三垂足三角形D1D2D3,與原來三角形A1A2A3相似。」且最後說到有位新加坡的 A . Oppenheim 博士將之推廣為「 n 邊形中第 n 垂足 n 邊形相似於原 n 邊形」。心中產生了一些疑問:四邊形 … … n 邊形的證明? P 點在三角形外,此性質是否仍成立?對於凹 n 邊形及自交 n 邊形,此性質是否仍成立?第三垂足三角形D1D2D3與原三角形A1A2A3的面積比?第 n 垂足 n 邊形與原 n 邊形的面積比?什麼時候面積最大?有沒有其它的性質?於是利用課餘深入加以研究。

芳賀第二定理的延伸及其形成線段數值的數字變化方式

由芳賀和夫所提出的「芳賀第二定理」做延伸,求出當DF數值為√2-1時,G點和A點將會重合。接著,求出當G點在AB上時,FA+AG、GH、HB、四邊形AGJF、△GHJ、四邊形HBCJ的一般式和AG:GH:HB的比例式;以及當G點在AD上時,GF、GA+AH、HB、△GJF、四邊形AHJG、四邊形HBCJ的一般式和AG:AH:HB的比例式。最後,利用線段的一般式求出數值後,分別以n/2、n/3、n/4、……、n/m (m和n為正整數且n<m)為一組,觀察數值中分母和分子數字的變化方式並証明。(參考圖請見圖2)

正多邊形滾動路徑面積與邊長相關性的探討

起初學習三角函數課程時,為求實際的應用而尋找相關的試題來作研討,在各項資料中最吸引我們注意的即是TRML-2002思考賽的試題,其中提及一圖形繞另一圖形造成的面積與軌跡一連串的想法,間接引發對正多邊形邊長、邊數與轉動關係探討之興趣,結合幾何與代數兩層面思考的運用,因此將題目推廣至一般性的探討與歸納。

旋切三角形─旋切比能說的秘密

在三角形的三邊上各取一點,將該點與對面頂點連接成三條「旋切線」,我們把由這三條旋切線所組成的三角形稱作「旋切三角形」。 研究發現旋切三角形與原三角形的面積比及截線比皆與旋切比有關。我們並探討旋切三角形與原三角形相似的「同形旋切」。此外,固定旋切比的旋切三角形與原三角形重心為同一點。我們發現四邊形中的平行四邊形也有這些特性。

線接線,新發現

上數學課時,老師說:「有個非常有趣的數學遊戲,你們想不想玩?」我們異口同聲地回答:「想玩!」「那麼,大家先想想看用什麼東西可以代表一條線或線段的?」「火柴棒」「牙籤」…最後,大家決定用乾淨、美觀的牙籤來玩「線接線」的遊戲。

平分拋物線

研究起源於平分圓的問題:平面上2n+1 個點(n?□ ) ,其中任三點不共線,任四點不共圓,\r 任取三點可決定唯一的圓,若2n+1 個點,三個點在圓上,圓內、外都各為n -1個點,則此\r 圓為平分圓,在Federico Ardila 教授的論文中[4],得平分圓個數為n2 個。我們將圓改成拋物\r 線,則平分拋物線的個數是幾個?(平面上2n+1 個在一般位置上的點,其中任三點不共線,\r 任四點不共拋物線,將對稱軸方向固定後,任兩點連線不與對稱軸平行,則任取三點可決定\r 唯一的拋物線,若2n +1 個點,三個點在拋物線上,拋物線內、外都各為n -1個點,則此拋\r 物線為平分拋物線)\r 研究結果與平分圓相同:平面上2n +1 個在一般位置上的點,平分拋物線個數為n2 個,接\r 著推廣至(a v b) 拋物線(若2n +1 個點,三個點在拋物線上,拋物線內、外分別為a 個點和b 個\r 點或b 個點和a 個點,其中a + b = 2n- 2 ,且a ≠b ,則此拋物線為(a v b) 拋物線), (av b) 拋\r 物線個數為2(ab + a+ b +1) 個。\r 研究是建立在平分圓的論文上,但在將圓改成拋物線的過程中,架構便於計算平分拋物線\r 個數的排法時,平分圓的排法不適用,因此需採取較複雜的排法加以討論。

以矩陣分析進行易經掛象研究

本研究的目的為嘗試找出易經的數學邏輯架構,並以現代科學方式詮釋易經的演藝邏輯過程。研究先藉由易經的古文以及相關的白話易學的書籍開始,先了解清楚易經的規則、規律,還有它的中心思想之後再以現代分析魔方陣的數學概念進行易經中關於”陰”、”陽”八掛的玄學推展。期待發現易經的推導過成數學與魔方陣的關係,希望能夠進一步的探討古代玄學和現代數學之間兩者彼此的變化。

中華民國第三十八屆中小學科學展覽-數學科評語

本年度的作品一般而言水準不錯。選題廣泛、探討深入且完整是主要的優點。有些作品是從國內外一些數學期刊上的問題得到靈感.加以研究,而得到可觀的成果。有些作品走對過去的作品,從不同的角度探索,因而能對整個問題的了解較透澈。大部分作品的作者,由其清晰的表達,及能及時回答評審的發問,可看出學生參與的程度極高,此為可喜的現象,略微遺憾的是,有一件作品內容明顯有誤,在縣市參展時卻未被發現而推薦至全國。另有些學生的作品能處理一般的問題,或數字極大的情況,但對小數字或特例反而不會回答,顯見對作品的內涵並不十分了解。

化整為零

在二年級時,老師曾在黑板上出了一道題目… … {A = 12□ 22□ 32□... □ 20032□ 20042□ 20052? 0 ,□ 內任意填入+ 或-,則求A的最小非負整數值為何? },但由於 2004 個□中,光是正負符號的填入方式就共有 22004 種,所以第一步我們決定先找出連續正整數之n次方值間的加減符號規律 ( n?Ν),使進行加減法運算後所得之結果為零 。藉此可縮小所應討論的範圍。 [其加減符號規律如下] n=1 時 ,11 - 21 =-1, -31 + 41= 1 ? 11 - 21 -31 + 41= 0 由上式我們發現兩數一組,兩組相消 n=2 時 ,12 - 22 -32 + 42 - 4,-52+ 62 +72- 82 - -4 ? 12 - 22 -32 + 42 -52+ 62 +72- 82 - 0 由上式我們發現四數一組,兩組相消 … 接著我們針對題目 … … {A = 12 □ 22 □ 32 □... □(T2 - 2)2 □(T2 - 1)2 □T22? 0 ,□ 內任意填入+ 或-,則求A的最小非負整數值為何? } 去探討後發現觀念甲:當T2被4 除後餘1 或2 時,A 的最小值不可能為0【參閱附件二】,於是我們分類型去探討,發現在八種情況之下,其所對應之最小A 值非1 即0? 最後,我們再進一步將原題目推廣至 … … {A = 13 □ 23 □ 33 □... □(T3 - 2)3 □(T3 - 1)3 □T33? 0 ,□ 內任意填入+ 或-,則求A的最小非負整數值為何? } 值得一提的是 ─ 事實上,我們不只可以知道其A 的最小非負整數值為何,甚至於可以找出一組其加減運算過程中□內的+、-符號的排列順序。