全國中小學科展

2019年

連續函數與多倍角公式推廣研究

本研究考慮的主要問題: 若非常數之連續函數f滿足∀m∈N,∃P(x)∈C[x] s.t.f(mx)=P(f(x)),其形式應為何? (一)、若考慮函數範圍為解析函數,則f(x)的形式必為下列三者之一: (1).axn+b (2). akx^n+b (3). acos⁡(kxn)+b ,其中a,b,k∈C、n∈N (二)、若將考慮函數範圍改為:連續函數f:[0,∞)→C,則f(x)之形式必為下列三者之一: (1).axk'+b (2). akx^n+b (3). acos⁡(kxn)+b ,其中a,b,k,k'∈C、n∈N、Re(k' )>0 (三)、若將考慮函數範圍改為:連續函數f:(0,∞)→C,則f(x)之形式必為下列四者之一: (1).alogx+b (2).axk'+b (3). akx^n+b (4). acos⁡(kxn)+b ,其中a,b,k,k'∈C、n∈N 在本篇的最後,我們也將N的角色以其他正實數子集取代掉以推廣結果。

微生物發酵法運用於蚓糞處理與雞場除臭之研究

本研究以不同微生物發酵方式(EM菌(Effective Microerganisms)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)、蔡十八菌、木黴菌(Trichoderma))養殖蚯蚓,並固定牛糞、紙污泥與太空包與其他輔料(米糠、蔗渣、果皮、腐葉)成分(原料來自雲林縣工、農業廢棄物),並用本土種的掘穴環爪蚓(Perionyx excavates)分解,以室內分層式堆肥採收蚓糞,再用機械篩選出高純度蚓糞;以雲林縣農作物:小白菜(西螺鎮)、香瓜(二崙鄉)、番茄(口湖鄉)為實驗作物,探討蚓糞當有機肥,作物生長與甜度變化;並將蚓糞與剩料(純度較低)運用於雞場除臭功能,經實驗結果顯示,蚓糞用於農作物與除臭皆有顯著的效果呈現。

熊果酸抗胃癌細胞增生與順鉑的協同效應

胃癌的治療方式以手術及化學藥物治療為主。本研究目的是研究中草藥白花蛇舌草的主要成份熊果酸(Ursolic acid, UA)對於胃癌細胞增生的影響。研究使用兩種人類胃癌細胞株MKN45及SCM-1。藉UA處理胃癌細胞之後,由鏡檢可見細胞數目減少,SRB分析法也證明UA會降低細胞的存活率。利用流式細胞儀,證實UA會讓胃癌細胞凋亡。進一步由西方墨點法實驗顯示,UA會誘導促細胞凋亡蛋白Bax及Bak的上升,並且降低抗細胞凋亡蛋白Bcl-xl及Bcl-2的表現。UA也會抑制訊息傳遞途徑p-Stat3/c-Myc/Cyclin D1。實驗也發現UA合併使用化療藥物順鉑(cisplatin)會使胃癌細胞存活率降低。經由周塔氏藥物合併指數及流式細胞儀分析均與協同順鉑能抑制胃癌細胞的增生,西方墨點法也發現pro-caspase 9 被活化,皆與UA會促進順鉑引發凋亡效應有關,這些實驗證實UA是cisplatin治療胃癌的輔劑,這個結果對中草藥白花蛇舌草的抗癌效果提供了具體的實證。

圓周上跳躍回歸問題之研究

圓周上相異n個點,將圓周分割成n段弧,每次每個點沿逆時針方向變換成與下一點所成弧之中點,若某點經m次變換後回到初始點,則m的最小值以及m的所有可能值為何?我們發現,m的最小值為n+2。更進一步發現,m的充要條件為m≧n+2且m≠kn-1, kn, kn+1,其中k為正奇數。接著,我們將問題一般化,圓周上相異n個點,沿逆時針方向變換成與下一點所成弧之p:q處,若某點經m次變換後回到初始點,則m的最小值以及m的所有可能值為何?我們發現,若p, q∈N,(p,q)=1,當變換次數r足夠大時,此n個點的位置會收斂至圓周上n等分點,同時,此n個點會在變換T=n(p+q)/(n,p)次後再次收斂至相同的位置。在這篇研究中,我們推導出任意點Pi變換r次後的點之位置坐標Ai(r)的一般式,不失一般性,我們針對P0求出A0(r)的最小極端值Lr與最大極端值Ur,在變換次數r足夠大時,透過觀察Lr與Ur對應到圓周上的收斂位置所形成的區間是否涵蓋原點,可預期P0變換r次後可否回歸。此外,我們也針對n個點具特殊初始位置座標來研究其回歸性質。

當機立「斷」—— 浮萍自裂脫險的機制與生態意義

浮萍在逆境下葉狀體會有分離的現象,本研究證實:浮萍透過葉狀體分離,增加逃離逆境的機率,提升族群生存率。此分離機制受到過氧化物質(H2O2)的調控,逆境下,浮萍母葉節處(node)的H2O2含量上升並誘導細胞死亡,進而造成連接構造斷裂,另能透過乙烯途徑活化纖維素分解酶使葉狀體分離。我們也發現青萍及紫萍具不同生存策略:青萍對H2O2的高敏感度使其能在逆境下快速分離,進而降低其葉狀體間的內聚力,更容易藉由風吹或水流加速逃離逆境;紫萍則對H2O2較不敏感且內聚力大,以較大的單一個體及對逆境的高耐受性來渡過危機。蛋白質含量極高的浮萍是蛋白質補給品的好原料,期待分離機制的深入研究能應用在浮萍種植上,使其快速分離提升產量,應對將到來的糧食危機。

看見拔河中的力

本設計利用了應變規(Strain Gauge)的原理去製作一台可以量測拔河時繩子兩端的施加力量值,本設計採用的原理是當應變規受力時其電阻值會因為不同的力量而產生不同的應變的變化。進一步地,本設計的準確性也進行了校正。透過拔河繩拉力所產生的應變造成電阻變化,來轉換成力量數值,而利用自已設計製造的夾具,放置在拔河繩上並固定在繩子的兩側,分析其應力應變和受力狀況來測出力量值。 本設計只用簡單的應變規、電子顯示器和電子零件,低成本、簡單構造的設計來達成本研究之目的,來解決拔河過程中比賽的兩隊平衡力之顯示,使拔河更增加樂趣,增加拔河的的趣味性、數值化。

英文句子依閱讀程度進行簡化之研究

英文句子簡化是一項單語言句子轉換的任務,其中一句複雜的句子會轉換為一句或多句的簡單句子。相較於過去研究學者著重於研究如何優化句子簡化的結果,如何將一句英文句子依閱讀程度簡化為不同簡單程度的簡化句是一項自然語言處理方面嶄新的研究領域。本研究首先訂定英文分級標準,整合歐洲(CEFR)與台灣(LTTC)母語非英語國家機構對英文的分級標準,將英文分為三種難易程度,並依此將Wekipedia及Newsela的簡化前-簡化後平行語料重新刪整為三種目標程度等級的平行語料庫。另一方面,運用已發展成熟的Seq2seq簡化模型,創造一個多解碼器模型,分別依據目標程度不同的訓練資料集訓練三種解碼器。在BLEU、SARI指標以及Coverage計算下,本研究結果相較於相關研究可展現出優異成果。

狡兔八窟

科展源自於一個數學專欄上的問題,是關於兔子藏於圖形的某一個頂點,則在兔子位置可能變動和有所限制的射擊規則下,求出每一次最少要同時對幾個頂點開槍,才能「保證」可以獵到兔子。原始題目設定的圖形為正六面體,而我們將其擴展為不同的圖形,利用S(G)≥δ(G)+1得出路徑(Pn)、圈(Cn)的最小射擊點數,利用帶寬及|N(S)|相等的排序條件得出矩形(Pm×Pn)、長方體(Pm×Pn×Pk)、n維立方體(Qn)的最小射擊點數、利用觀察配合可行射擊策略,推測出完滿k元樹(k–treeh)的遞迴關係式並得出上界,建構可行方法,並期望算出最小射擊次數。目前研究結果為上述圖形之最小所需射擊點數及可行射擊策略。

運用DDPG建構氣動式肌肉上臂運動強化學習模型

研究探討透過強化學習讓機器學習各種人類上臂運動。延續「運用氣動肌肉缸模擬上臂肌肉控制之研究」,透過有限的動作組可以控制上臂肌肉,然而因應環境條件的多變,模擬人類透過學習產生多樣多變的反應,在仿生的領域中有其必要。比較強化學習中的Actor-Critic與 DDPG (Deep Deterministic Policy Gradient)兩種模式,我們透過 Gym 建構具動作與環境限制的簡易訓練環境。比較兩個模型的細節後,最後選用了 DDPG 為我們主要的強化學習方法。首先我們利用 Tensorflow 模擬學習模式並記錄模擬移動的學習過程。我們運用到仿生手臂的實體,藉由影像辨識取得手臂的狀態,回饋至學習模型。仿生手臂運用學習資料進行移動,接著我們觀測系統所學習的移動是否可完成指定動作或工作。在軟體模擬中,我們證實了藉由達成數次目標的學習後,DDPG 可完成較細緻的移動。而 DDPG 在仿生手臂上的實作,則需透過輸出動作給氣動仿生手臂系統,來控制仿生手臂移動至目標位置。在未來,機器人將不單單只是運用馬達來當作動力來源,也能運用氣動肌肉缸成為動力元件。並且,人形機器人將會做出更像真實人體的動作。

以小鼠腎小管IMCD3細胞株探討纖毛生成和上皮細胞極化的關係

纖毛(cilia)病變是許多疾病的成因,像是多囊性腎臟病、巴德-畢德氏症候群等,但目前仍不清楚纖毛生成的機制。我們的研究初步證實纖毛生成和閉鎖小帶(Tight junction)可能有密切關聯性,且閉鎖小帶完整的細胞,纖毛基部到細胞底部的平均距離較長。因基體上的遠端附器(Distal appendage)能辨認細胞頂端膜(Apical membrane)上的特殊構造,有完整閉鎖小帶的細胞纖毛生長在細胞頂端,閉鎖小帶不完整時,細胞的極性未表現,纖毛無法生成在細胞頂端。 本研究以IMCD3(小鼠腎小管)細胞株,在去血清(serum starvation)的刺激誘導下,使IMCD3細胞長出纖毛,再以免疫螢光染色分析閉鎖小帶與生成纖毛的關係。並利用克隆形成試驗(Colony formation assay),將IMCD3細胞株分為四類型態,也進一步發現在三維培養中,四種細胞型態皆無法排列成空腔構造。最後我們建立載體DNA:pLAS2w.Ppuro-EGFP-Arl13B,以綠色螢光標示纖毛蛋白,在活細胞中追蹤基體的移動及纖毛生成的過程。期望藉由研究纖毛形成的過程機轉,能探討致病的作用機制,找出治療纖毛病變的療法。