全國中小學科展

臺灣

平分拋物線.

這個研究起源於一個平分圓的問題:在平面上2n +1個點(n∈N),其中任三點不共線,任四點不共圓,任取三點可以畫出唯一的圓,若一半的點在圓內,一半的點在圓外,則此圓為平分圓,Federico Ardila 教授在America Monthly 111 期[2]中發表了一篇論文,證明平分圓的個數為n2個。我們研究的目的是:如果將圓改成拋物線,則平分拋物線的個數是否為一定值? 若為定值,則為多少個? 我們的研究題目是:平面上2n +1個在正常位置上的點(n∈N),平分拋物線的個數為何? 我們將研究的主要結果分述如下: 一、證明在平面上2n +1個點(n∈N),平分拋物線個數為定值。 二、證明在平面上2n +1個點(n∈N),平分拋物線個數為n2個。 接著推廣至:若平分拋物線改成(a ∨ b)拋物線,則個數為何? 我們將研究的主要結果分述如下: 一、證明在平面上2n +1個點(n∈N),(a ∨ b)拋物線個數為定值。 二、證明在平面上2n +1個點(n∈N),(a ∨ b)拋物線個數為2(ab + a + b +1)個。 This study originated from a question of “The Number of Halving Circles": Setting 2n +1 points in the plane is in general position if no three of the points are collinear and no four are concyclic. We call a circle halving with respect to those 2n +1 points if it has three points of those 2n +1 points on its circumference, n −1 points in its interior, and n −1 in its exterior. Then we call this circle “Halving Circle." Professor Federico Ardila issued a paper in the America Monthly 111 [2]. The goal of that paper is to prove the following fact: any set of 2n +1 points in general position in the plane has exactly n2 halving circles. The purpose we make the study of is: If we turn circles into parabolas, how many Halving Parabolas are there? The title we make the study of is: Setting 2n +1 points in the plane (n∈N) , how many Halving Parabolas are there? We show our main effect below: 1. Proving that 2n +1 points in the plane (n∈N) , the number of Halving Parabolas is constant. 2. Proving that 2n +1 points in the plane (n∈N) , the number of Halving Parabolas is n2 . Spread: If we turn Halving Parabolas into (a ∨ b) Parabolas, how many (a ∨ b) Parabolas are there? We show our main effect below: 1. Proving that 2n +1 points in the plane (n∈N) , the number of (a ∨ b) Parabolas is constant. 2. Proving that 2n +1 points in the plane (n∈N) , the number of (a ∨ b) Parabolas is 2(ab + a + b +1) .

一個紙牌遊戲的策略問題

A、B兩方以一副牌面數字為1~m的m張牌進行遊戲,每方各持有其中n張牌,其中2n≦m。雙方每次各出一張牌,牌面數字大者獲勝,如此進行n回合的比賽稱為(m,n)-遊戲。若m>2n時,B方就不能根據自己手上的牌確認對手A方的牌,因此每一回合的勝負是隨機的。但若B方能知道A方的出牌邏輯,則B方是否有一個輸得比較少(即贏得比較多)的策略? 本文找出,犧牲多少牌是策略成本最小的? 進一步,我們推廣到:如果B方有K張最好牌(稱為K-優勢模型),應犧牲多少張牌是策略最小的? 而若出現A,B兩方牌面數字只相差1時(稱為和局模型,此時最佳策略也會有所不同: 令χ(m)=Cm-12n+Cm-32n+⋯+Cm+1-2[(m+1)/2]2n -∑j=0m-1 Cjn∙Cjn-1 μ*=min(1≤m≤n-K){m| χ(m)≥0} 則犧牲 n-μ^*張牌是最佳策略。 最後我們得到了n-μ^*的估計如下: √(n lnC)-1/2 ln C

低頭族發生『假性近視』、『脊椎側彎』甚至『黃斑部病變』等健康問題有越來越多的趨勢,邊走邊玩發生的意外也越來越多,因此,我們針對低頭族的健康與安全開發本作品。一、 健康方面: 撰寫「背景執行程式」,此程式完全不影響使用者玩遊戲、上網…等等,使用30分鐘後,透過「加速度感測器」檢測使用者必須做的手臂運動,完成後才可繼續使用手機,藉此『休息一下眼睛與僵化的手臂』。透過「環境光感測器」調整螢幕亮度,不讓螢幕光太強而造成眼睛更容易損傷。二、 安全方面: 「加速度感測器」與「陀螺儀」辨識出使用者邊走邊使用手機,就跳出提醒視窗暫時中斷使用者使用手機,使用者或許就會停下腳步或是抬起頭來恢復對環境的觀察能力以避免意外發生,按下「確定鈕」後,就可繼續使用。

色藏冰芯-探討水結冰之純化作用

水結冰的過程為什麼體積會膨脹?雖然課本都有寫,但卻沒有說明真正的原因。我想知道的是水結冰時若是遇到其他物質的抵抗,是否能用明顯的巨觀結果來證實我的推論與預測?冰芯的形成又與奈米冰晶的多寡有何關係? 透過比較不同水質的結冰結果,進而探討各種溶質的冰芯差異,期間發現容器的形狀與材質對形成冰芯的影響,特別是有無包覆可以用來控制冰芯的形狀。證實形成「奈米冰晶結構」時擴大版圖的「純化作用」的確存在。 透過探究水結冰時和其他物質的交互作用以及冷卻環境差異所造成奈米冰晶結構強弱,經拉曼光譜儀的掃描分析,形成「純化作用梯度力」的物理解釋模型,希望未來能進一步製作能結出創意冰芯形狀的製冰容器。

全球平均海平面的年際變化(1993-2017)

本研究探討年際氣候震盪對全球平均海平面的影響,故將衛星測高儀數據剔除長期趨勢與季節波動後,與數個氣候指數進行互相關及同調性頻譜分析,其結果為:(i) 海平面與 ENSO 在半年到十年的尺度下,有高度相關,相關的原因可能與降雨區的變化有關。(ii) 與 PDO、AMO 的相關性集中在二年到十年,AMO 相關性最高是在其比海平面早發生 8 個月的時間。海水的熱含量變化可能是主因。(iii) 與 AO 有弱相關,相關性最高是在 AO 比海平面早發生 15 個月的時間,推估可能是衛星測量資料空間範圍沒涵蓋北極海造成。(vi) 與 AAO 似乎有弱相關,但是無法確定。最後本研究將上述五個指數以最小平方法擬合海平面年際變化,得到各指數的相對強度貢獻比例,有助於了解在未來全球暖化下的海平面變化。

殺「氣」騰騰─ 探討擬穀盜利用氣味抑制他種米蟲的生長

米象(Sitophilus oryzae),擬榖盜( Tribolium castaneum),鋸胸粉扁蟲(Oryzaephilus surinamensis)都是常見的穀物害蟲。在飼養米蟲過程中,我們發現當擬榖盜出現時,米象和鋸胸粉扁蟲的數量急遽下降,近乎滅絕。我們很好奇擬榖盜是透過什麼方式去抑制其他的榖類害蟲。經過實驗證明,擬榖盜的競爭性強於米象及鋸胸粉扁蟲。我們也發現擬榖盜會聚集且散發出刺鼻的臭味,我們的實驗證實了這個味道會抑制米象及鋸胸粉扁蟲生長。透過閱讀文獻及顯微鏡的觀察,我們也找出擬穀盜散發氣味的臭腺。 本研究發現昆蟲竟然能透過氣味來抑制其他種昆蟲的生長,未來希望可以針對氣味對他種害蟲的影響,進行深入探討並藉此研究出更天然且無毒的捕蟲或抑制害蟲的方式。

黑金再現-黑水虻的行為探討

廚餘的流向是近年來熱烈探討的議題,昆蟲界的黑水虻更是消化廚餘的好幫手,於是我們先瞭解黑水虻的生物特性,研究黑水虻幼蟲的生態行為及設計飼養環境。本實驗的研究結果,得知在家是可以飼養黑水虻來處理廚餘,廚餘的濕度要控制在潮濕不要滴水,幼蟲消化廚餘是以四齡蟲的消化速率最快,在六齡蟲顏色轉咖啡色時,就要準備引道讓預蛹期的黑水虻幼蟲到乾燥的地方。幼蟲及廚餘所散發的腐臭味道可以加入肥料水及活性碳來降低臭味。黑水虻蟲糞也可當成花卉及果實類肥料。成蟲可餵食蜂蜜水增加產卵的數量。更設計經濟循環通路讓家戶可以循環飼養。整個實驗期間,也讓我們瞭解黑水虻對人類的生活環境並沒有產生衝擊性的影響,是經濟價值很高的友善昆蟲。

星空地圖-自製渾天儀(立體星座儀)

星座盤是常見用來觀測星星的工具,它適用在觀察者面對北邊(南邊)的天空,但是平面星座盤上的星座圖案,與我們直接望向立體星空所看到的圖案會產生一些形狀上的差距,如果我們用它比對東方或西方天空中的星座,則變形的問題更大。為了改善星座盤的問題,我們藉由古代中國渾天儀(渾象)的概念,結合現代西方的天球儀,加上透明天空模型(上面標示有經度、緯度線,用來模擬星座盤的方位、仰角網線圖),使它整合成為立體星座儀(新式渾天儀)。只要給定觀測地點的緯度,透過日期盤、時間盤刻度的對齊,就可以知道星星的方位角、仰角,而這原本是需要經過複雜的數學運算才能得到的,所以我們的作品也可以說是簡單好用的手工天文計算機。

「蠟」「咀」成灰淚始乾

在本次研究中,先觀察蠟蟲分別在24與72小時內食用PE、HDPE、LDPE以及鋁箔的面積,分析蠟蟲對四種目標材料的偏好程度,再取出蠟蟲消化道於低溫環境搗勻,並均勻抹在四種材料表面,觀察是否有被分解的跡象,發現目標材料的重量確實減少,最後透過共生菌培養尋找並研究是否有可能與其相關的共生菌存在。 經由一系列實驗,證實蠟蟲消化道內存在能有效分解聚乙烯、高低密度聚乙烯和鋁箔的酵素,且在共生菌液態培養下發現共生菌有增殖現象,最後,透過固液態混和培養出與蠟蟲分解聚乙烯現象最具相關性的菌種,在未來有足夠的資源下分離出其基因序列,再透過轉錄轉譯技術,製成大量酵素,便可以對現今處理難分解垃圾難題帶來新的解決契機。

「膜」法亮晶「巾」

市售涼感巾涼感原理是靠聚酯纖維表層的塗布或是改良不同織法來增加涼感效果。 但是聚酯纖維本身不吸水不透氣,所以在材質的選擇上與人體能感受到涼感的原理不同。 本研究拋開改良紡織品的想法,直接從涼感原理著手,透過海藻酸鈉與氯化鈣交聯反應產生的高分子聚合物製成涼感巾,我們稱它為親水反應膜涼感巾。透過實驗測試,我們找出了最佳的濃度配方為海藻酸鈉2%與氯化鈣1%交聯反應5分鐘,以這配方製作的親水反應膜在瞬間涼感、持續涼感、水分滲透速度與可扭轉圈數各項參數裡表現皆優。 親水反應膜是高分子聚合物有優良的吸水效果,它可以把水分鎖在高分子網格內,因此也具有良好的保水性。既能吸水又能保水,所以涼感效果遠優於市售的涼感巾。