數與式

遞迴關係(二)(recurrence-relation-2)

遞迴關係(二)(recurrence-relation-2)
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(一)

摘要:本篇介紹99課綱中提及的五個「一階遞迴公式」。

前面談到遞迴關係是指 $$a_{n}=F(a_{1},a_{2},…,a_{n-1})$$ 。一個簡單的情況是要決定目前這一項,只牽涉到前一項。即

$$a_{n}=F(a_{n-1})$$

這稱為「一階線性遞迴關係」。這一類遞迴式基本上是相對好處理的,正常的情況下一般項的解也能求得出來(當然也有不能算的)。這篇短文稍微介紹一下99課綱中特別提及的五個「一階遞迴公式」(足碼略有調整,但本質上是一樣的)。課綱提及這些遞迴式,不僅僅因為能算,而且也因為有根本的重要性。

遞迴關係(一)(Recurrence relation-1)

遞迴關係(一)(Recurrence relation-1)
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

摘要:這是一系列關於「遞迴關係」文章的第一篇,本篇先介紹遞迴的基本概念,並簡述它在科學發展上的重要性。

九九的數學課綱(100 學年度高一開始使用)和以往相比有相當大幅度的更動,一個結構性的調整的是排列組合放到高一來教了。因此現在(100 年)是奇妙的一年,高一和高二同時在教排列組合,這一點可能要經過許多年師生才能調適好。

新的課綱中的總架構中的數學II(高一下學期)處理和離散數學相關的部分,第一部份為數列與級數,當作整個數學 II 的預備知識。在此部分中,課綱中特別強調了遞迴的概念,茲節錄如下:

本章節作為有限數學的先備知識,主要是讓學生發現數列的規律性,歸納成公式,並用數學歸納法加以證明。核心的公式為一階線性遞迴關係。(中略)。級數部分包括基本的求和公式與 $$\Sigma$$ 符號的操作。

可看出遞迴的確是新課綱中強調的思想之一。

費波納契的遊戲(the game of Fibonacci)

費波納契的遊戲(the game of Fibonacci)
國立台灣師範大學數學系許志農教授/國立台灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

摘要:本文將介紹一道與費波納契數列有關的遊戲。

費波納契數列 \(<f_n>\) 是滿足 \(f_1=1,f_2=1\) 及遞迴關係

\(f_n=f_{n-1}+f_{n-2}~~~(n\ge 3)\)

的數列(後項等於前兩項之和),其前幾項可以算得為

\(f_3=2,~f_4=3,~f_5=5,~f_6=8,~f_7=13,~f_8=21,\cdots\)

複數的極式(The Polar Form of Complex Numbers)

複數的極式(The Polar Form of Complex Numbers)
國立中央大學數學系單維彰副教授/國立中央大學數學系單維彰副教授責任編輯

摘要:定義複數的極式及其相關名詞,導出複數相乘或相除的極式關係,並連結平面向量的內積與二階行列式

就好像坐標平面上的點有直角坐標 \(P(a,b)\)  和極坐標 \(P[r, {\theta}]\)  兩種表達方式,複數也有標準式和極式兩種表達方式。

黃金比例Ⅱ(Golden RatioⅡ)

黃金比例Ⅱ(Golden RatioⅡ)
國立蘭陽女中數學科陳敏晧老師/國立台灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

連結:黃金比例Ⅰ

摘要:本文接續黃金比例Ⅰ,介紹黃金比例與斐波那契數列的關係、黃金比例與連分數的關係、黃金比例學習單,最後,略論黃金比例的意義與重要性。

黃金比例與斐波那契數列的關係

斐波那契數列(Fibonacci sequence, 簡稱費氏數列)最早出現在《計算之書》,如圖八所示,該書出版於西元 1202年,它是中世紀數學的代表書籍,書中的題目內容來自當時歐洲人的生活模式, 「斐波那契數列」則位於第十二章的第七部分(第474頁)。

黃金比例Ⅰ(Golden Ratio Ⅰ)

黃金比例Ⅰ(Golden Ratio  Ⅰ)
國立蘭陽女中數學科陳敏晧老師/國立臺灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

摘要:本文首先定義黃金比例,接著介紹黃金比例與 等腰三角形的關係、黃金比例與黃金矩形的關係、黃金比例與等角螺線的關係、黃金比例與金字塔的關係。

歐幾里得(Euclid, ca.300B.C.)的《幾何原本》(Elements)是一部劃時代的著作,它偉大的歷史意義在於它是用公理法建立起演繹體系的最早典範。

虛數√-1的誕生-下(The Origin of Imaginary Number √-1)

虛數$$\sqrt{-1}$$的誕生-下(The Origin of Imaginary Number$$\sqrt{-1}$$)
台北市立第一女子中學數學科蘇俊鴻老師/國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授責任編輯

連結:虛數√-1的誕生-上

在〈虛數 $$\sqrt{-1}$$ 的起源〉(上) 一文中,我們看到卡丹諾利用立方體來論證三次方程解法的正確性。在這樣的看法下,方程式的「根」代表著邊長。因此,需要開一個負數的平方根,代表著這個問題是無解,沒有實際意義的。

卡丹諾在處理二次方程時,便是這樣的想法。當他考慮將 $$10$$ 分成兩個數,且兩數乘積為 $$40$$ 的問題,即 $$x(10-x)=40\Rightarrow x^2+40=10x$$,就清楚地提到:「這種情形或問題是不可能的。」不過,他仍可用二次公式得到兩個解 $$5+\sqrt{-15}$$ 和 $$5-\sqrt{-15}$$。

同時,他也指出:我們若「能放下心中的折磨」,直接計算兩數的乘積,便能得到 $$25-(-15)=40$$,符合原來題設。他無法說出這件事的意義何在,只好利用「算術就是這麼精巧又不中用。」的說法來交待。因此,卡丹諾對於出現 $$x=\sqrt[3]{2+\sqrt{-121}}+\sqrt[3]{2-\sqrt{-121}}$$ 的現象,也是採取迴避的策略吧。

虛數√-1的誕生-上(The Origin of Imaginary Number √-1)

虛數$$\sqrt{-1}$$的誕生-上(The Origin of Imaginary Number$$\sqrt{-1}$$)
新北市中正國中數學科陳鳳珠老師/國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授責任編輯

一般人都知道虛數 $$\sqrt{-1}$$ 是方程式 $$x^2+1=0$$ 的根,在合理的推論之下,虛數 $$\sqrt{-1}$$ 應該是誕生在二次方程的解法之中才是。如果你也這樣以為,那麼,數學史家的研究結果,絕對出乎你的意料之外!

在數學發展過程中,早期數學家面對方程式 $$x^2+1=0$$ 時,和我們現在的國中數學課本處理方式一樣,他們認為這樣的方程式是無解,當然,也就無須發明一個數,來表示方程式 $$x^2+1=0$$ 的根。不過,當我們回顧虛數 $$\sqrt{-1}$$ 誕生的故事時,便會認同數學史家的觀點,也就是說:虛數 $$\sqrt{-1}$$ 並非誕生在二次方程式的解法之中,而是在解三次方程時現身。

位值計數系統(Positional numeration system)

位值計數系統(Positional numeration system)
國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授/國立臺灣師範大學數學系洪萬生教授責任編輯

本文介紹位值記數系統的意義。

所謂的位值計數系統,必需滿足下列的條件:

  1. 任何比 $$1$$ 大的自然數都可以用來當作基底 (base )。
  2. 對於所有小於基底的整數,需要有一組互異的對應符號(當然包括 $$0$$)。譬如在以 $$10$$ 為基底的十進位值記數系統中,顯然需要一組包括 $$0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8$$ 和 $$9$$ 等數碼符號。
  3. 乘法位值法則 ( multiplicative place- value principle ):被寫在特別位置的位數(digit)表徵了這個位數所代表的數目(number)與對應於該位數的位置之基底的乘冪之乘積。譬如,$$3152$$ 中的位數 $$5$$ 即是代表了 $$5$$ 與 $$10^2$$ 之乘積,因為 $$5$$ 是十位數,所以基底 $$10$$ 必須取 $$2$$ 乘冪。
  4. 加法法則 ( additive principle ):一個給定數碼所表徵的數目,即為 $$(3)$$ 之中所有乘積之總和。
  5. 延拓此一系統以包含分數的想法。
  6. 使用符號 (一個點或逗號) 來區別任一個數碼的整數部份與分數部份之想法。譬如 $$3+(1/10)$$ 可以表示為 $$3.1$$ 或 $$3,1$$。
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