數學

從心開始-三角形的四心到各邊距離和

此研究討論三角形𝐴𝐵𝐶的外心、重心、垂心、內心到三邊之距離,並依銳角、直角及鈍角三角形,去比較各距離總和之大小關係及相互之間的關聯性。其主要結果為: 1.用外接圓半徑𝑅及∠𝐴,∠𝐵,∠𝐶表示各心到三邊之距離。 2.設外心、重心、垂心、內心到三邊之距離總和依序為𝑑1, 𝑑2, 𝑑3, 𝑑4 ,其大小關係為: (1)在銳角∆中,𝑑1 ≥ 𝑑2 ≥ 𝑑4 ≥ 𝑑3,僅當正∆ 時,等號成立。 (2)在直角∆中,𝑑1 > 𝑑2 > 𝑑4 > 𝑑3。 (3)在鈍角∆中,𝑑1 > 𝑑2 > 𝑑4 恆成立。𝑑3與𝑑1、𝑑2、𝑑4比較,並無絕對關係,但在等腰鈍角∆,我們給出其大小順序的臨界值。 (4)在鈍角∆中,若最大內角≥ 120° ,則𝑑3 > 𝑑1 > 𝑑2 > 𝑑4。 3.在銳角∆ 及直角∆ 中,等式𝑑2=2/3 𝑑1+1/3 𝑑3和 𝑑2+1/3 𝑑1-1/3 𝑑3-1/3 𝑑4 = 𝑅 恆成立。

多「圓」文化的延伸——Japanese Temple Geometry Problem

本作品靈感來自於算額(Sangaku),Sangaku中的其中一篇文獻是將一三角形的三頂點各分割出兩三角形,本研究將其延伸至於任意三角形各邊上取點 L、M、N兩兩連線段進行討論。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,本研究透過代數計算,成功計算出任意△ABC各邊上三點L、M、N的位置,最後也成功計算在任意△ABC之前提下,三等圓半徑(r)的上界。

Candy Can遞 Can遞

n個人面向圓心圍成一圈,順時針編號1, 2,..., n。初始每人手中皆持有一顆糖果,由 1 號開始依序傳給左邊的人一顆、兩顆、一顆、兩顆……糖果,手上沒有糖果的人必須立即退 出,直到不再有人退出。本研究主要探討此種糖果傳遞遊戲之最終結果,研究後發現僅分為由一人獨得之成功狀態,以及數人間循環傳遞之循環狀態,因此針對達成成功和循環狀態的充要條件、勝利者的初始編號、最終剩餘人數、遊戲結束時的傳遞輪數等進行研究探討。 除了研究最基本的型態之外,亦將遊戲規則推廣至初始每人手中可持有任意m顆糖果,也可任意傳遞i顆、 j顆、i顆、 j顆……糖果,且均已歸納並嚴謹證明其傳遞結果會依n值分為三大類。另外在研究過程中還發現:當傳遞步驟數為質數時,將其結果所成數列進行特定的行列式運算後之值與 jmn相關。

格子點的可見性研究

本文的主要結果有兩部分,第一部分,對於固定的𝑏 ∈ 𝑁以原點 O為觀測點,𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥𝑏, 𝑎 ∈ 𝑄為觀測視線,觀測目標為格子點陣列𝑉(𝑚) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑖 ≤ 𝑚, 1 ≤ 𝑗 ≤ 𝑚 },研究其中可見點的數量與機率。我們發現可見點的數量與歐拉函數及默比烏斯函數有關,可見點的機率也與黎曼𝑧𝑒𝑡𝑎函數具有關聯性。第二部分,對於固定的𝑏 ∈ 𝑁,我們在 𝑥軸與𝑦 軸上布置觀測點,以布置的觀測點為新原點,𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥𝑏, 𝑎 ∈ 𝑄為觀測視線,研究將目標點集𝑉(𝑚 × 𝑛) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑖 ≤ 𝑚}完整觀測的布點方法與數量。得到重要成果如下,設正整數𝑚 ≥ 6且𝑇 ⊂ {1, … , 𝑚 + 1}為一個 𝐹(𝑚) −覆蓋,𝑟為大於𝑚的最小質數,對於目標點集𝑉(𝑚 × 𝑛),建構觀測點集 𝑆2 = {(0, 0), (0, 𝑟)}∪{(𝑡, 0) | 𝑡 ∈ 𝑇},則 𝑉(𝑚 × 𝑛)為𝑆2 −可見。並進一步研究將目標點集改為𝑉(𝑛 × 𝑚) = {(𝑖, 𝑗)|𝑖, 𝑗 ∈ 𝑁, 1 ≤ 𝑗 ≤ 𝑚},發現其所需要的觀測點數可顯著減少。

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。

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。

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論利用1、2、3 個圓去覆蓋三角形,並分銳角、直角、鈍角三角形做分類,有完整的結果。並且在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律,並連結「雙曲函數」與覆蓋圓面積和之間的關係。 最後,我們研究覆蓋圓面積和與三角形面積的比值及其最小值,並討論覆蓋圓圓心之連心線的相關性質。