數學

圓內接四邊形有一個幾何定理：若圓內接四邊形的兩對角線相互垂直，則連接對角線交點與一邊垂足點的連線過對邊的中點，稱為婆羅摩笈多定理。 我們嘗試將圓內接四邊形推廣至圓內接多邊形的情形，定義其多邊形中若滿足對邊建構原則：「連接兩垂直對角線交點與一邊垂足點的連線過對邊的中點，同時連接同一邊中點的連線垂直於對邊」，則稱此多邊形為婆羅摩笈多多邊形，簡稱B-多邊形。另外定義在圓內接多邊形中，兩相互不垂直的對角線交點若滿足對邊建構原則，則稱為特定多邊形。 本作品中，深入探討婆羅摩笈多定理推廣至圓錐曲線內接四邊形的情形，先推導出圓錐曲線內接正方形的建構條件，顯然此正方形必為B-正方形，此曲線包含七種。接著利用直徑性質推導出拋物線內接四邊形作圖，進而推導出圓錐曲線內接四邊形的二種建構條件，此曲線包含十一種。

本文先針對直線L和三定點A、B(線外)、P(線上)，探討△ABP的尤拉線平行(AB) ⃡的公式，透過函數凹性判定和對函數最小值N和3的比較，提供是否有解的依據，並找到了漂亮的判斷公式4ab/h^2 。接著在確定尤拉線平行(AP) ⃡、(BP) ⃡的存在性及解的公式後，發現最多有三解。 對於前文的P點，作者利用先前發現的一系列定理，設計了能以尺規作圖達成△ABP的尤拉線平行(AB) ⃡、(AP) ⃡、(BP) ⃡的兩條直線，當在那兩條線上分別取A點和B點之後，可用尺規作圖找到P點，甚是有趣。 針對首段P點，兩平行線，尤拉線和△各邊，交角可作為0°，作者推廣至△ABP的尤拉線與¯AB達成交角為指定角的方法。 在探討藉多邊形各邊與分割點連接的子△中，作者發現任意三角形不存在能使各子△尤拉線平行原多邊形與其共用邊的分割點P；但四邊形、五邊形可能存在符合此條件的分割點P，且能利用前文定理創造出這樣的多邊形。

歐德斯—史特勞斯猜想又稱為 4/n 問題，其內容為對於所有正整數n皆滿足 4/n=1/a+1/b+1/c ，其中a, b, c為正整數。於19世紀提出並在當代引起討論熱潮，至今此問題仍沒有完善的證明方法。經過查閱文獻資料後，我們發現他人研究重點著眼於如何將正整數n以同餘分類，且並未獲得一個系統性的研究結論。研究內容多執著於如何解決此猜想而非探討問題本身的規律性及各項性質。 此外，他人研究少有討論正整數n的解數者。因此本研究將方向設定在n, a, b, c的可行解數量。透過特例解切入n, a, b, c的表示方式，使問題簡化而較易於討論。以求對證明此猜想有所貢獻。

本研究保持社交距離為發想，探討從一維到多維空間的支配數。我們從使得三個同色單位方格不相連的二維情況，拓展至m個同色單位方格不相連的一維、二維、三維情況。本研究從The Domination Number of Grids這篇論文中汲取靈感，其中”Domination Number”也是「支配數」此名詞的由來。我們定義L_nt={(x_1,x_2,…,x_n)|x_1+x_2+⋯+x_n≡t (mod m),x_1∈[1,l_1 ],x_2∈[1,l_2 ],……,x_n∈[1,l_n ]}，此處的l_n是邊長。對於一維情形的任意m，其支配數|A_1m |=⌊l_1/m⌋；對於二維情形且m=3時，我們經由列舉和畫圖證明其支配數|A_2 |=⌊(l_1 l_2)/3⌋。同樣的二維和三維情況在m=任意數時的支配數也可求得，不過在此我們改變了研究的方法，我們應用集合與同餘進行運算，除了減少窮舉將花費的時間，也可一次討論m=任意數的情況。

本研究由科教館的網站上科學研習月刊第54卷第3期探索數學專欄─「周休二日」進行發想。我們進行一般化的問題描述：假如在連假k天當中，任意連續m天之中，剛好要讀n天書，則在連假k天當中的讀書日最多有幾天？以及最少有幾天？本研究嘗試從相關文獻帶入原來的題目規則中，延伸至二維空間並找到其應用，卻意外地發現它其實是一個集合覆蓋的問題。於是，我們便著手進行將一維問題延伸至平面上格子點，以期能提出最佳化的結果，並找出其規律。

本研究從在方格棋盤中走捷徑的問題出發，推廣至由多個相異正多邊形所組成的半正鑲嵌圖形棋盤，其沿格線走捷徑的方法數與最短路徑。研究中，我們針對所有8種1律半正鑲嵌圖形進行分類探討，包括截半六邊形、截角六邊形、扭稜六邊形、小斜方截半六邊形、大斜方截半六邊形、扭稜正方形、異扭稜正方形、截角正方形圖形。我們將每種棋盤進行「轉正」，使它對應於唯一的矩形棋盤，達到「捷徑同構」，因而原本半正鑲嵌圖中的捷徑問題就等價於方格棋盤的捷徑問題。我們將走捷徑方法數的通解分類，發現有組合數類、以及階差與指數混合兩大類，並分析康威表示法與通解的關係。

在三角形的外接圓上取一點，作其對三角形三邊的垂足，此時這三個垂足會共線，稱為西姆松線。本研究主要探討的問題為：當三角形以其外心旋轉 時 (我們稱之為對徑三角形)，將此外接圓上一動點P對兩對徑三角形分別做西姆松線，我們想研究當P點在外接圓上轉動時，兩西姆松線的交點軌跡為何。我們將西姆松線放在複數平面上來分析，這兩條西姆松線會互相垂直，並且它們的交點軌跡為一橢圓。此橢圓會相切於兩對徑三角形的六條邊，因此我們將此橢圓稱作這兩對徑三角形的「六點橢圓」，並探討這個橢圓的性質。

本研究透過遞迴式及數學歸納法探討 維空間中正多胞體（單純形、超方形、正軸形）之點、線、面的一般化結果。本研究利用頂點圖及線性變換－行列式的方法探討三維空間正多面體至 維空間中凸正多胞體之保距變換方式並使其一般化。另外，本研究也嘗試透過特徵多項式及隸美弗定理分析正多胞體旋轉之旋轉角度。

在歐氏幾何和射影幾何中，相異五點可決定一圓錐曲線。若給定任意四邊形，是由四邊形的四個頂點及異於此四頂點的第五點來決定圓錐曲線，則稱此四邊形為圓錐曲線内接四邊形。 圓冪定理是一個圓內接四邊形的幾何定理，包含相交弦定理、割線定理、切割線定理等三個定理，我們將圓冪定理推廣至圓錐曲線內接四邊形。首先由圓錐截痕推廣圓內兩交弦定理，是考慮兩垂直交弦，進而推導出圓冪定理推廣一式及區分圓錐曲線種類。接著利用圓錐曲線的方向直徑、邊或對角線斜率及平行邊的切線長推導出圓冪定理推廣二式、三式及四式，推廣式是採統一與歸納方式呈現。 其次，由解析幾何推導另一種圓冪定理推廣式(推廣五式)，加上圓錐曲線直徑性質，論證出二種圓錐曲線及其内接四邊形的作圖及其判定條件。最後也證明圓錐曲線內接四邊形判定定理及有趣的錐線中心軌跡圖形。

本研究的目的在於探討在社群網路發達時代中，資訊的傳播範圍之可能性。我們將的智慧上網裝置視為節點，以圖論方式分析節點到另一個節點的訊息傳遞模式。我們研究在傳遞訊息對象人數不同時，及在不同共同朋友數量的網路圖中找出其傳播範圍的關係式。最後我們找到不同結點數與傳遞次數、發源點之關係式，並進行一般化論證。並提出定理以供探討不同節點訊息傳遞時，其網路傳播範圍之關係，應用於社群網路分析參考。