數與式

算幾不等式的應用(2)

算幾不等式的應用(2)
國立臺南第一高級中學數學科教師 林倉億

連結: 算幾不等式的應用(1)

算幾不等式第二種應用類型依然與求最大或最小值有關,只是不再依附於幾何圖形,而是抽象的代數關係。例如翰林版課本《普通高級中學數學1》中的隨堂練習就給了「兩正數 \(a\)、\(b\),若 \(a+b=18\),試求 \(ab\) 的最大值。」一旦應用的範疇脫離了幾何意義之後,那就可以在抽象的關係上做出許多的變化,解題時就需要用到其他的關係或工具,因而困難度也就大幅提高。這類變化的題目,因為解法十分多樣,所以就成了各種數學競賽中常見的題目。以下僅舉出幾例說明。

算幾不等式的應用(1)

算幾不等式的應用(1)
國立臺南第一高級中學數學科教師 林倉億

本網站的文章中,屏東高中楊瓊茹老師的〈算幾不等式〉與蘭陽女中陳敏晧老師的〈算幾不等式的證明(Ⅰ)〉、〈算幾不等式的證明(Ⅱ)〉已詳細說明了何謂算幾不等式,並給出了多種證明。本文將舉幾例說明算幾不等式在高中數學中的應用,並提醒讀者在應用算幾不等式時常犯的錯誤。

另一個重要的無理數:e (Another important irrational number:e)

另一個重要的無理數:e (Another important irrational number:e)
臺北市立和平高中教師黃俊瑋

現今高中一年級課程中的〈數與式〉單元裡,簡單地討論了數系家族中的各個成員。其中,無理數最令一般人感到陌生、無法捉摸。教材中除了介紹諸如 \(\sqrt{n}\) 以及 \(a+\sqrt{b}\) 類的常見無理數外,也介紹了大家熟知的無理數-圓周率 \(\pi\)。

然而,我們也知道,實數線上密密麻麻地佈滿了無窮多個無理數。換句話說,浩瀚的實數世界裡,除了上述常見無理數之外,想必尚有其它忝為人知的成員。除了 \(\pi\) 之外,另一個著名的成員為自然對數的底數 \(e\)。至於 \(e\) 是什麼東東呢?以下我們說分明。

由於 \(e\) 總喜歡藏身自然與生活中,所以我們先來考慮一個與複利有關的問題:假設本金為 \(1\) 單位,並以複利的方式計算。

若利率為 \(100\%\),那麼 \(1\) 年後本利和為 \((1+1)^1=2\)。

若改成半年支付一次利息,則利率減半為 \(\frac{1}{2}\cdot 100\%\)。
那麼,\(1\) 年後本利和為:\((1+\frac{1}{2})^2=\frac{9}{4}=2.25\)

若改成四個月支付一次利息,則利率變為 \(\frac{1}{3}\cdot 100\%\)。
那麼,\(1\) 年後本利和為:\((1+\frac{1}{3})^3=\frac{64}{27}\approx 2.370…\)

若改成三個月支付一次利息,則利率變為 \(\frac{1}{4}\cdot 100\%\)。
那麼,\(1\) 年後本利和為:\((1+\frac{1}{4})^4=\frac{625}{256}\approx 2.441…\)

\(\cdots\)

以此類推,當利率變成原本的 \(\frac{1}{n}\),支付次數變成 \(n\) 次,則 \(1\) 年後本利和為:\((1+\frac{1}{n})^n\)

如此,我們可或得一個數列〈\((1+\frac{1}{n})^n\)〉,其中 \(n\) 為自然數。 

遞迴關係(八)(Recurrence relation-8)

遞迴關係(八)(Recurrence relation-8)
國立高雄大學應用數學系游森棚教授/國立高雄大學應用數學系游森棚教授責任編輯

連結:遞迴關係(七)

摘要:延續上篇的幾個基本高維遞迴關係,本篇反過來以遞迴的角度來探討這些數列。

利用遞迴關係解決問題時,思考模式是動態與局部的  —  關心的是從一項到另一項之間的變化,即使根本不知道整體看來一般項公式是什麼。這篇文章中我們利用前文的二項式係數,$$\mathrm{Stirling}$$ 第一類、第二類數,來介紹一下遞迴的思考方式。

遞迴關係(七)(Recurrence relation-7)

遞迴關係(七)(Recurrence relation-7)
國立高雄大學應用數學系游森棚教授/國立高雄大學應用數學系游森棚教授責任編輯

連結:遞迴關係(六)

摘要:不同於前面幾篇,本篇文章介紹幾個基本的高維遞迴關係

目前為止介紹的都是單維的遞迴  — $$a_n$$ 只有一個足碼 $$n$$。但是在數學上,更高維的遞迴也很常見,事實上在高中數學就出現過了只是未強調遞迴的觀點。我們熟悉的巴斯卡三角形,就是一個二維遞迴。這篇文章介紹幾個基本的高維遞迴關係。

遞迴關係(六)(Recurrence relation-6)

遞迴關係(六)(Recurrence relation-6
國立高雄大學應用數學系游森棚教授/國立高雄大學應用數學系游森棚教授責任編輯

連結:遞迴關係(五)

摘要:本篇介紹一個複雜的遞迴式「Logistic Map(邏輯映射)」,藉此讓讀者認識「混沌(Chaos)」領域。

之前介紹的幾個遞迴式,一般項或者都還能精確求出來(費波那契數,Catalan 數),或至少能知道個大概(Merge  Sort)。本文來介紹一個真正複雜的遞迴式,稱為「Logistic Map(邏輯映射)」—  不是形式複雜,而是結果複雜。這個遞迴式貌似和藹可親,卻非常難以分析和預測。事實上它根本無法求出一般項。

由此遞迴式,竟引出一整個新的數學分支,稱為「混沌(Chaos)」。

遞迴關係(五)(Recurrence relation-5)

遞迴關係(五)(Recurrence relation-5)
國立高雄大學應用數學系游森棚教授/國立高雄大學應用數學系游森棚教授責任編輯

連結:遞迴關係(四)

摘要:本篇探討正多邊形三角剖分的方法數,介紹數學上重要的「Catalan 數列」。

接著要介紹一個大數學家歐拉(Euler)考慮過的問題,關於正多邊形三角剖分的方法數。

遞迴關係(四)(Recurrence relation-4)

遞迴關係(四)(Recurrence relation-4)
國立高雄大學應用數學系游森棚教授/國立高雄大學應用數學系游森棚教授責任編輯

連結:遞迴關係(三)

摘要:本篇介紹電腦科學中的「合併排序法(merge sort)」,藉此呈現遞迴關係在電腦科學領域的應用。

接著要介紹電腦科學中非常根本的排序(sort),這個領域的理論發展完全立基於對遞迴式的分析。底下因篇幅關係只介紹「合併排序法(merge sort)」,希望藉此能使讀者一窺遞迴關係在電腦科學中所扮演的的根本角色。

遞迴關係(三)(Recurrence relation-3)

遞迴關係(三)(Recurrence relation-3)
國立高雄大學應用數學系游森棚教授/國立高雄大學應用數學系游森棚教授責任編輯

連結:遞迴關係(二)

摘要:接下來的文章將探討幾個高中教材未提及、但是重要的遞迴關係。本篇先介紹「費波那契(Fibonacci)數」。

從這篇文章開始我們介紹幾個高中課本沒有提,但是重要的遞迴關係。首先介紹費波那契數。希望讀者讀完後可以體會到,遞迴關係有時候比一般項更重要。

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