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數學科

質因數的判別—位數劃分法

我們因為對質因數的判別法產生好奇而著手研究。我們由質數3、11的判別方法切入,先研究初期判別的原理,並用它試著找出7的判別方法。接著我們,將數字不斷劃分觀察,終於研究出一種質數都能通用的判別法,我們稱之為位數劃分法。其原理是依據任何一數都可以分解成質數的若干倍和位數劃分法所賴以判別的形式。其方法是把數字不斷的分成個位數和其他位數,求其個位數乘以設定值與其他位數之和或差,再觀察能否被質數整除。

正多邊形內接指定內角三角形之研究

對於一個多邊形,若給定三角形的三內角,且三頂點分別落在此多邊形之三個相異邊上,則稱此三角形為該多邊形之「內接指定內角三角形」。本篇作品主要在探討正多邊形內接指定內角三角形之定點存在性與面積極值。其中我們發現,給定三內角,則所有內接指定內角三角形均具有某個固定點K,而此定點K事實上就是密克定理中的「密克點」。透過定點K的各種漂亮性質,我們自創出一種內接指定內角三角形的作圖法,並推導出定點K之三線性座標。此外,我們以「極限三角形」之觀點來探討內接三角形的存在性,並推導出任意三角形內接指定內角三角形之面積極值公式,最後將結論推廣至正多邊形內接指定內角三角形之情形。

七拼八湊話幾何

七巧板是一個很好的學習教材,其中包含了幾種我們所熟悉的平面圖形,在探究圖形其性質之餘,我們發現在圖形組合中又可以演變出很多不同的形體變化,因此決定以七巧板作為我們研究發展的主題。從形體的組成要素探索,到兩兩配對組合能否形成鑲嵌圖形?再縮小研究範圍至正方形、長方形及平行四邊形等三種基本平面圖形,採用不同巧板不同塊數進行搭配組合成大小不同的三種基本平面圖形,再配合三種色彩及各種圖形轉換的技巧(水平翻轉、垂直翻轉、旋轉及交錯複製),創意出千變萬化的鑲嵌圖形基模,並且將這些鑲嵌圖形基模輸入電腦,利用繪圖軟體作大平面的鋪呈,形成一幅幅有創意的圖形,以做為我們美化居家環境的參考。整個研究中讓我們深深地感受到“數學即生活”,更讓我們體會到數學的唯美。

峰迴路轉。喜相逢

下課時,許多人會在走廊上行走。如果只是想往某間教室的同學,會有特定的行走方向;倘若純粹散步、突然想起有東西忘了拿或另有他事,則會有折返的情形。觀察之餘可發現,不同的走動方式會有不同的相遇方式和相遇機率。由於狹窄的走廊若忽略之間的幾間教室,可視作一條一維的直線通道,則兩人相遇的情形可以分為:1.兩人皆不停走動 或 2.一人停下綁鞋帶時另一人不停走動,即為只有一人走動而相遇的情形。本文在建立一個機率模型來討論兩人相遇的方法數。於是假設數線上有相距d單位的A,B兩人,每次移動分別朝左右其中一個方向移動n,m單位,在文章中我們求出了兩人恰在第t次移動時相遇的方法數,因此也解決了一開始的機率問題。

從等邊三角形到等腰三角形-Van Schooten定理的推廣

在平面上給一個正△ABC,若P為△ABC外接圓上的點,則三線段 中,最長為較短兩段之和,這個性質稱為van Schooten 定理,可以視為托勒密定理的一個推論。我們將正△ABC的條件改為等腰三角形,研究在此條件下,使van Schooten 定理成立時P點的軌跡問題。在本文中,利用解析法,我們找出P點的軌跡圖形Γ。我們對於圖形Γ上的一些特別點的尺規作圖感到興趣,也得到一些有意思的結果;藉由研究這些特別點的尺規作圖,我們發現軌跡圖形Γ的一個性質,敘述如下:設 AB=AC,G是△ABC的重心,G’是G關於BC直線的對稱點,若D是直線BC上的任一點,若P、Q兩點在AD直線上且滿足 PA=PB+PC、QA=QB+QC ,且H是PQ 中點,則有G'H⊥PQ的性質。此外,我們也利用尺規作圖作出上述P、Q兩點。

環保鬼腳§一個新函數的發現§

壹、 傳統鬼腳的化簡由 n 腳鬼腳的最簡節數必定小於或等於 n(n-1) / 2 節,判定絕大多數的鬼腳圖都應該先化簡再去取對應值。化簡鬼腳的工具有「代換版塊」及「化簡版塊」它們的交互運用可很有效率的將複雜的鬼腳圖化簡,最後再透過「棒狀檢驗」可以判斷是否已化到最簡了。貳、 新型鬼腳的發現與應用(一) 傳統鬼腳是一個一對一的函數,若將某一區塊的短節按照事先設定的方式加上單箭頭,這時可做分組抽籤之類的用途,也就是形成一個多對一的函數,若單箭頭加了太多,也有一套化簡的方式。(二) 上述的單箭頭鬼腳與傳統鬼腳在當鬼腳圖畫好後,對應的結果立即確定,不論遊戲者採用那一腳先走,但這是一個很糟糕的設計,因為下一群要玩鬼腳的人必須重繪一個鬼腳圖,這既浪費時間也浪費紙張。因此我們引進一種「不可追蹤的行走方式」,這能使採用不同的行走次序,即產生不同的對應結果。這也讓下一群玩此遊戲者,只要改變一下行走次序,即可重覆使用該鬼腳圖。(三) 上述單箭頭配上不可追蹤行走方式的鬼腳,並非對任意的行走次序都有不同的對應結果,本文中探討了各種各類的單箭頭陪列方式,如棒狀、V 字型、菱形、剪刀型、金字塔型、鑽石型………等,它們的對應結果種類數各有不同,其中只有「金字塔型」可完全充分的產生不同變化,也就是說行走次序一有更動,對應結果必不一樣。這使「重覆使用」充分發揮。(四) 傳統鬼腳為何會一對一,是一個長久以來存在著的一個謎,很多人有不同的解釋方式,不可追蹤的行走方式巧妙的解開了這個謎。環 保 鬼 腳§一個新函數的發現 §

摺「正」稱「奇」

本學期,我們開始學習幾何的內容,與尺規作圖的方法,經由老師的教導,我們對對稱圖形有了一定的認識。因此,我們本次研究的內容,即是在探討正多邊形的摺紙方法,運用角平分線、中垂線的原理,是否能摺出所有的正多邊形?如果能,其原理與方法為何?

正多邊形的幻影

對多邊形每一邊長作相同的分割比,連接這些分割點,或將原多邊形的頂點與分割點相連,亦可圍成一多邊形,此多邊形與原多邊形是否相似?這是值得研究的一個問題。我們發現將一多邊形作m:n之分割,除了少數情形與原多邊形相似外,大部分的情形都無法與原多邊形相似。只有正多邊形的情形一定可以得到與原多邊形相似的多邊形。除此之外,我們對正多邊形之分割點與原正多邊形頂點所圍出來的正多邊形頂點、 、C、的軌跡也將有所探討。 \r 我們把連接分割點所得的正多邊形稱為第一型態正多邊形,把原正多邊形的頂點與次一邊上的分割點相連,所圍出來的正多邊形稱為第二型態正多邊形,把正多邊形的頂點與再次一邊上的分割點相連,所為出來的正多邊形稱為第三型態正多邊形。接下來的討論分為四部份。A部分我們要討論,第一型態的正多邊形,B部分我們要討論第二型態的正多邊形,C部分我們要討論第二型態正多邊形頂點的軌跡,D部分我們要討論第三型態正多邊形的軌跡,而最後E部分我們要對此問題作一個結論及討論。 \r

永恆的旋轉木馬

本研究作品主要在探討「平面上各種曲線內關於相鄰等角割線段的新的不變量」與「空間中特殊圓錐曲面的特殊等角割線段的新的不變量」。 若圓錐曲線、蚶線等曲線中有相鄰等角的n條割線段,則這n條割線段之m次方和為定值。在圓錐曲線中這些割線段的交點可以是焦點、曲線內任意點,在蚶線中則為基點。甚至經由反演,還能將此性質推廣至直線上。 研究最後擴及至空間,先考慮橢圓、拋物、雙曲球面,其一焦點為F,將正N面體VN之重心G與F重合,使得VN以F為旋轉中心任意旋轉, 此時由F對VN之各頂點做射線交圓錐曲面於Pu,則FPu之倒數m次方和為定值,其中u=1, …, n,N=4, 6, 8,12, 20 。

城堡上的衛兵

一、剛研究此題時,我們以自製的城堡圖及棋子來模擬,試著找出答案,但隨著衛兵數的增加,答案也隨之增多,所以我們開始以討論的方式來尋找答案,但無論如何討論,似乎總會漏掉幾個答案。因此,我們改變原有的思維,再次重新思索題目,尋求解決的方法。最後,利用「不等式」及「不定方程式」來逐一討論各種情況。二、有 m 個衛兵,要站在 n 邊形的城堡崗哨上,且每邊的衛兵人數要相等,則:(一)從 m≦ n ×s ≦2m 中,找出所有符合條件的 s 值(s N)。(二)再由所找出的每一個 s 值中,求出在其條件下的 p、q 值。(p = n ×s - m,q = m - p;p、q N 或 0)(三)由 p、q、s 的值中,求出 a1 、a 2 、a3 、…、a 2n 的值。(a1 、a 2 、a3 、…、a n2 N 或 0)(四)刪除重複的答案後,即為所求。註:1.站在頂點的衛兵人數和p = a1+a 3 +a 5 +…+a 2n_1 2.站在非頂點的衛兵人數和q = a 2 +a 4 +a 6 +…+a 2n 3.衛兵人數和m = p+q= a1+a 2 +a 3 +…+a 2n 4.每邊衛兵人數s = a1+a 2 +a 3 =a 3 +a 4 +a 5 =…=a 2n_1+a 2n + a1