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數學科

法雷圖連分數

古代西方,連分數是很多數學家研究的領域,但還是在數方面做打轉,我們的構想是,既然輾轉相除法可連結到連分數,那連分數一定可以推廣到更廣闊的領域,幾何的結合是我們所構想的,也就是用嶄新的方法,幾何來定義連分數,再結合法雷(序列)圖形,加上其特殊的性質,包括翻轉、平移、圖形的左右、變換主軸的走向,以達成法雷(序列)圖形上得連分數,連分數就變成幾何方式的全新風貌。但連分數是以連加的方式利用高斯來求得,但我們以反向思考的連減方式來創造新的連分數,利用天板符號求得,這與原來的連分數是完全不同的,幾何的讀出也是不盡相同,接著以法雷圖形和連分數的結合解釋無理數和 n 在圖形上重合的性質,其字碼是非常有循環的,而應用中皆是實際的發現,除計算機上的問題較簡易,中,可成功的利用圖形的特性,連分數的分析,接著將費氏數列變形,會發現其實法雷圖形上就存在費氏數列,中再加入畢氏數組的討論,會發現更多連分數的變化和規律。

「弧」思亂想

本研究在探討一種特定類別的曲線集合 : 給定平面上 n 個點 {A1,…,An},我們想要找 n 段圓弧,使得 n 段圓弧分別以 {A1,A2 }、{A2,A3 }、…、{An-1,An }、{An,A1 } 為端點,且 n 段圓弧光滑的相連,我們將此 n 段圓弧形成的圖形稱為光滑解。主要研究發現為 : 1. n 為奇數時,這些圓弧存在的充分必要條件以及滿足條件的圓弧組數量 2. n 為偶數時,這些圓弧存在的充分必要條件以及滿足條件的圓弧組數量 3. 光滑解自交不可避免 4. 上述圓弧組不存在時,可透過增加一個新點使圓弧組存在 5. 增加新點的軌跡是圓

大自然的數學遊戲-蟻獅『做圓』、『做錐』挖挖挖

本研究主要是探討蟻獅巢穴的數學秘密,經觀察蟻獅建造巢穴的目的有二:(1)做『圓錐巢穴』是為捕食、(2)建造『圓形蛹室』是為成長蛻變。我們計算了十個樣本,發現蟻獅所築圓錐巢穴之坡度大約介於49°~63°之間,利用勾股定理a2+b2=c2算出巢穴斜邊長在1.25~4.85cm間,另外不同大小體長蟻獅建造出來的巢穴底圓半徑、深度、體積與圓錐體曲面面積,相關係數分別是0.62、0.4、0.53、0.56,證實上述項目彼此間有顯著線性相關,而有利於蟻獅捕捉到獵物。在球體蛹室半徑、體積、蛹室的面積等與體長間,相關係數是0.99、0.88、0.95,且有高度線性相關,代表蟻獅幼蟲可以在蛹室內安全無慮下蛻變成長。

高斯平面歷險記

於四十三期牛頓雜誌上的一篇[碎形幾何學之美],引起我們極大的興趣,尤其在於牛頓法與方程式之複數根以及夢幻般美妙圖形之關係。以下便是我們的探討。

二次通“疊”

在二年的研究過程中,我們增加了河內塔的棒子數,並在自製的道具中,實驗記錄了移動次數的數據,實驗時為了避免移動次數有錯誤,研發用編號與顏色來區分盤子。在從實驗數據中,設計出”跳數點”,”倒三角圖”來計算最少移動次數,並歸納出推算次數的方法,但面對棒子數、盤子數過大時,仍需在數字的處理上費些功夫。直到學校課程學到了二次函數,於是我們導出了用多項函數關係來呈現不同”跳數點”的移動次數之公式,再用這些公式去驗證我們初期的實驗數據與延伸”倒三角圖”的結構,因此透過這些函數圖,我們對最少移動次數有更明確的解析與結論。

網路購物-以台北市為例

本研究以台北市的12個行政區分層抽樣,並以各區人口數為比例隨機抽樣,共發出1260份問卷,有效問卷共1244份,有網購經驗為626份,無網購經驗為618份。研究結果,62.28%的網購族在Yahoo!奇摩購物網站購物,50.96%購物經歷在一年以上未滿三年。網購的主要原因是購物方便且可在任何時間購物,且絕的商品價格比傳統通路便宜,而最希望的付款方式到貨付費。影響顧客忠誠度的因素中,網路商品環境、網路商店服務機制及網路商店的成本價值均為中度相關。針對從未上網購物的受訪者,其不願意嘗試上網購物的主要原因第一為網路商店的信任度不夠,第二則是擔心信用卡傳輸的安全性,第三則是不能接觸實際商品。

正多邊形的圓舞曲

本研究討論正多邊形透過旋轉,產生內接正方形以及頂點相接的正多邊形,找出其中的特性。 我們發現邊長為a的正方形,其四個角落切去四個邊長為c的正方形,則內部剩下的空間可放入最大的正方形面積為a2-2ac。 若在邊長為a正方形中放入一個邊長為b的內接正方形,則原正方形內部的其中一個角落可以切去的最大正方形面積為(a2-b2)2/4a2。 正方形內部有一旋轉θ角的內接正方形,內接正方形與原正方形邊長的比值為1/(sinθ+cosθ)。 找出日本設計師三宅一生所設計132-5系列服飾摺紙的展開圖。 將正多邊形旋轉產生的圖形利用摺紙的方式摺出來。

一個簡單現象的延伸

培養數學情操、訓練科學的頭腦。

鬼斧神工-多邊形的分割

在平面上的凸多邊形內部加入有限個點,作三角化後所得到的新圖形,稱為「三角化圖形」。為探討三角化後各點的度數,我們考慮三角化圖形的對偶圖,藉由對偶圖的各項性質找出特殊的三角化圖形:「偶三角圖」、「奇三角圖」、「三角正則圖」…等存在的充要條件。另外,在空間中,針對一個三角面體進行四面體化所形成的結構,我們也做了類似的分析。

多邊形上的切圓

以三角形,五邊形,七邊形各頂點為圓心畫圓,讓相鄰圓均外切,從gsp 做圖時發現只有一組滿足的解,因此探討為何只有一組解,推論出這些圓面積和的公式;接著探索方向轉換成偶數邊形,得到每個偶數邊形上能滿足這些條件的圓有無限多組,其中想到另一問題,該如何求這些圓面積和的最小值?在討論的過程中,得到切圓面積和的公式在邊數為4k與4k+2(k?N)時,規律不同,便將偶數邊形的邊數分成兩部分推論,並分別求得結果。