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數學

Expected edge number of closed walks in a simple graph

對於一個連通簡單圖G,由點v作為出發點,每次皆以機率均等的原則選擇一條邊移動,在點跟邊都可以重複使用的情況下,移動的過程將依序形成一條道路,當第一次走回v時,則形成特殊的封閉道路,本文的研究是探討這種特殊封閉道路的邊數期望值。考量移動的過程中能否立即回頭,我將問題區分為兩種類型的期望值,利用矩陣解聯立方程組的概念,提供了演算法來求解。此外,我也進一步探討兩個期望值之間的相關性,並利用圖的總邊數以及點度數來刻畫期望值。我亦試著修改機率均等的原則,將選擇邊的機率一般化,探討期望值的特殊性質,從中刻畫出充分必要條件。

以分塊矩陣及生成函數探討多人跳躍數列在多顆球下的方法數

本研究針對多人的跳躍數列在多顆球下的相關特例進行分析;多人跳躍數列規則為「同一個時間點任一人只會有一顆球回到手中」、「丟球期間需要連續、規律的接及丟出球並且無限持續下去」、「在多人丟球前可以有準備的時間」。 為了能呈現多人跳躍數列各個情況則用矩陣形式並採用有向圖進行討論,該圖的點元素代表當下每一顆球在幾秒中回到手中的狀態、邊元素則為每個狀態轉移時的丟球方式,接著將有向圖轉換為鄰接矩陣形式,並將點元素用類似 2進位的形式進行分類以便整理成規則一致的分塊矩陣,接著由 Cayley–Hamilton定理計算特徵方程式後,利用相關定理整理出各個特例分析的生成函數,如特定顆球同時回到手上的情況。

艾雪三角形磁磚對稱密鋪圖研究

根據研究[1]指出:三角形磁磚邊之作用方式共有 5種,且共有 11種設計方法可在平面上密鋪。然而作者在解決問題的方法均是採用窮舉,方法不夠嚴謹。本研究運用不同的方法,透過代數計算證明了三角形磁磚共有 11種對稱密鋪圖結構;而 M.C.Escher在手作創作圖中只使用了其中 5種結構;在與前人的研究比較下,發現前人所歸納的 11種設計方法恰好對應到本研究中的 8種密鋪結構,而另外 3種結構是前人所未探討的磁磚內部變化方式。本研究也進一步推廣至相關立體圖形,如:正四面體、正八面體、正二十面體…等,並歸納出各種立體圖形可密鋪的種類數,透過適當軟體的支援下,可以快速且精確繪製出豐富有創意的圖樣。

正n邊形內接正m邊形

先前已證明正𝑛 邊形內接正𝑚 邊形,當𝑚 = 3 或 4時𝑛 為任意數皆有解, 本篇我探討正𝑛 邊形內接正𝑚 邊形( 𝑛 ≥ 𝑚 ≥ 5 ),當(𝑛, 𝑚)滿足何種關係時有解。 在研究中,我從最小(6,5)開始,依次遞增討論,我發現了,有解的一些規律(稱之為標準型),藉由標準型嘗試規律。同時(𝑛, 𝑚)為一般數時,找出何種情形必無解,藉此探討、驗證一般項於何時有解。 在找出有解關係後,探討出規律後找出如何產生構圖的方式,以 GGB 做出構圖。

Generalized Skolem-type Sequence的相關探討

本研究探討 Skolem sequence之推廣generalized Skolem-type sequence,是否能類比Skolem sequence 探討奇偶性 (parity) 的問題,也就是依照各數字所處位置模重複度 𝑠 所得餘數分類,觀察必不能填滿數列的組合,以找到數列存在的必要條件。接著以奇偶性 (parity) 及密度 (density) ,也就是比較數列位置差最大值與放入數列各數字的位置差總和,找出generalized Skolem sequence 的推廣 generalized Skolem-type sequence 存在的必要條件。 至於充分性,我構造出 hooked (1, 𝑚)-near Skolem sequence 在 𝑛 ≡ 2, 3 (mod 4), 𝑚 ≡ 1 (mod 2) 的情形,並猜想推導出的 hooked (1, 𝑚)-near Skolem sequence 必要條件也具充分性。接著我透過串接 Lanford sequence 的方式,構造出 𝑛 ≥ 3𝑚𝑘 + 1, 𝑚𝑖 ≥ 3𝑚𝑖−1 + 1 ∀ 3 ≤ 𝑖 ≤ 𝑘 的 (𝑚1, 𝑚2, … , 𝑚𝑘)-near Skolem sequence 及 hooked (𝑚1, 𝑚2, … , 𝑚𝑘)-near Skolem se- quence 存在的充分必要條件。

平面及空間中直線循環的矩陣變換

此份研究主要探討:給定一組平面中或空間中的n條直線L1、L2、…、Ln,就這n條直線的相對位置、交點情形及n,判斷是否存在矩陣變換T使得Lk可經由矩陣A映射到Lk+1,其中k=1,2,…,n且Ln+1=L1,並討論矩陣的唯一性與求出矩陣的一般模樣。

方格裡的秘密—隨機分布的機率探討

本文研究了一個信息完全公開的組合遊戲,探討當一群人被完全隨機的分配到模型裡時,其初始位置與特定位置所形成的包圍關係,並探討最佳的人力分配。本研究通過座標解析與不等關係的代數運算等方法,成功找出獲勝條件對於遊戲雙方的限制,並進一步解決問題。在研究的過程中,也將結論擴展到不同模型,探討不同模型對於遊戲造成的影響,並比較其結論有何區別。

神秘的數字圓舞曲 - 探討質數環排列的存在性

如果正整數1~n存在環狀排列,使得相鄰的數字和皆為質數,則將其定義為質數環。 本研究主要使用不同方法探討質數環的存在性。在本研究與文獻中,都沒有寫出質數環通式的方法,因此我藉由孿生質數、類孿生質數、一般質數(相差不固定的質數組)等方法,構造特定值的質數環,並使用程式驗證各定理在有限範圍能構造出質數環的整數個數、比例。 本研究的貢獻之一在於發展出類孿生質數構造質數環的方法,我突破質數對相差變大會比較難找出數字關係的框架,延伸孿生質數的方法至類孿生質數,還結合一對孿生質數與一對相差四的質數以構造質數環。 更進一步地,本研究提出使用不限定差的質數組構造質數環的方法,擺脫孿生質數猜想,使這個問題的解決方法更一般化。

三角形分割與內切圓半徑之延伸研究

本研究延伸自作者前一年的研究「多『圓』文化的延伸——Japanese Temple GeometryProblem」,本作品靈感來自於其中一題日本算額問題。該題將正三角形透過特定的分割方式,將其分割為四個三角形。本研究改變其分割方式:在任意△ABC中,L、M、N分別為̅BC、̅AB、̅AC上一點,若△AMN、△BML、△CLN之內切圓半徑相等,則 △ABC內切圓半徑等於△LMN 內切圓半徑加三等圓半徑。此外,本研究刻劃出△ABC三邊上L、M、N的相對位置,並說明三點的相對位置是能夠利用尺規作圖實現的。最後也計算當△LMN存在時,三等圓半徑(r)的上界。此外,本研究將上述三角形的分割手法推廣至正n邊形和正四面體並探討內切圓與內切球的相關性質。另外也針對三角形內部的三圓半徑從原先的r改為r,gr,r,探討r的上界為何,最後也將研究內切圓延伸至外接圓,並觀察出三外接圓心與 L、M、N六點共橢圓。

棋盤中放入最多骨牌數及方法數探討

本研究改編自2015 EGMO P2,探討在𝑛 × 𝑚的棋盤中放入最多的1 × 𝑡或𝑡 × 1的骨牌,並使得每一個𝑡 × 𝑡還有空間再放入一個骨牌的方法數。原本題目是𝑡 = 2, 𝑛 = 𝑚為偶數的情況。於是我先從𝑡 = 2開始研究,推導出 (1)𝑛, 𝑚皆為偶數、(2)𝑛, 𝑚一奇一偶、(3)𝑛, 𝑚皆為奇數的答案。接著再推廣到 (4)任意的𝑡且𝑡∣𝑛 = 𝑚的結果。最後再討論 (5)𝑛, 𝑚分別為𝑡的倍數、模𝑡餘1的數,或其他數等不同可能性得出的不同答案。