數學

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。

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。

正弦函數與週期性(Sine Function and Periodicity)

正弦函數與週期性(Sine Function and Periodicity)
台北市立大直高級中學數學科高子婷老師/國立台灣大學數學系翁秉仁教授責任編輯

摘要:本文舉例說明日常生活中隱藏的正弦函數。

高中數學很大部分的課程是在學習基本函數圖形:高一的多項式函數、指數函數、對數函數,高二以後的三角函數… 。

不同的基本函數有不同的特性,多項式是最簡單的函數,曾有一首打油詩描述多項式的特色:「加減乘除都好算,曲線優美不間斷,多項式,讚!」用數學語言更精確的說明,「曲線優美」就是微分連續,「不間斷」是指其為連續函數,不過此特性並非那麼獨特,指對數或三角函數也都是「曲線優美不間斷」,多項式更重要的特色是運算簡單,所以我們很喜歡用多項式逼近其他函數;指數函數的特色是同樣時間間隔內成長倍數相同」;那麼,三角函數的特性是什麼呢?

三角函數的疊合

三角函數的疊合 (Simplifying  \(\sin x+\cos x\))
臺北市立大直高級中學數學科高子婷老師/國立臺灣大學數學系翁秉仁教授責任編

摘要:在學會正弦、餘弦的基本函數圖形及其平移伸縮後,很自然會想知道正弦與餘弦組合(\(y = A\sin x + B \cos x\) )圖形的樣貌,即「三角函數的疊合」。疊合有非常多有趣的切入點,本文簡單點出幾個不同的想法。

正規課本內容

不論任何版本的課本,第一個例子幾乎都是 \(y=\sin x +\cos x\) ,想辦法將 \(y=\sin x +\cos x\) 湊成和角公式,技巧是提出以 \(A\)、\(B\) 為兩股的斜邊,即 \(\sqrt{A^{2}+B^{2}}\) ,就能夠將 \(y=\sin x+\cos x\) 化簡成單一三角函數:

\(\begin{array}{ll} y &=\displaystyle \sin x+\cos x \\&=\displaystyle\sqrt{2}(\frac{1}{\sqrt{2}}\sin x+\frac{1}{\sqrt{2}}\cos x)\\&=\displaystyle\sqrt{2}(\sin x\cos\frac{\pi}{4}+\cos x\sin\frac{\pi}{4})\\&=\displaystyle\sqrt{2}\sin(x+\frac{\pi}{4})~~~~~~~~~(1)\end{array}\)

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