數學

井字上翻烏龜(A Turtle Game)

井字上翻烏龜(A Turtle Game)
國立台中女中數學科賴信志老師/國立台灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

摘要:旺宏教育基金會從 2002 年開始,每年舉辦「旺宏科學獎」,該基金會認為科學教育的扎根,在高中階段最顯重要,創新獨立的思考如能從高中階段開始培養,學生的創造力及潛力將超乎想 像。旺宏科學獎的獎項有金牌獎、銀牌獎與優等獎,優於金牌獎的作品可得旺宏獎(此獎項可從缺)。這裡所要介紹的這道遊戲來自第三屆旺宏科學獎的旺宏獎作品。

在井字形的九宮格內隨意放置行走或縮頭狀態的九隻烏龜,如下圖所示:

每次只能點選其中的一隻烏龜,被點選的烏龜及與其相鄰的烏龜會改變狀態,即行走狀態的烏龜會變成縮頭狀態的烏龜,而縮頭狀態的烏龜會變成行走狀態的烏龜。遊戲的目的就是要將九隻烏龜都變成行走狀態

鋸木板遊戲(The Game of Sawing planks)

鋸木板遊戲(The Game of Sawing planks)
國立台中女中數學科賴信志老師/國立台灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

鋸木板遊戲源自於許志農教授戲說數學中的一個遊戲,規則如下:給一塊畫有 $$5\times 5$$ 或 $$6\times 6$$ 方格的木板,兩位玩家輪流切割一個單位的長度,先將木板鋸成兩塊者輸。

阿基米德的胃痛拼圖(stomachache puzzle)

阿基米德的胃痛拼圖(stomachache puzzle)
國立台中女中數學科賴信志老師/國立台灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

摘要:本篇將介紹一道差一點就消失,而且是世界上最古老的拼圖遊戲…胃痛拼圖。

這裡我們將介紹一道差一點就消失,而且是世界上最古老的拼圖遊戲。在加州史丹福大學同步輻射實驗室,古文物復原專家運用紫外光與數位圖像電腦處理技術,讓阿基米德發明的一道遊戲重現天日。

在1998 年10 月30 日,《紐約時報》頭版登了一則報導:紐約佳士得拍賣會上,有一本其貌不揚的古書,以美金 200 萬的高價成交。從外表看,這本書就像是中世紀某位修士的祈禱書,磨損不堪,布滿燒焦、水漬、發霉的痕跡。然而在祈禱文的下方,隱約可看見幾乎被擦拭掉的、傳抄自古代科學家阿基米德的抄本。

四方連塊的正方形拼圖遊戲

四方連塊的正方形拼圖遊戲 (The Puzzle of Tetrominoes)
國立臺中女中數學科賴信志老師/國立臺灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

摘要:多方塊的矩形拼圖(Tiling the rectangle)是一個有趣而常見的拼圖遊戲,它的基本規則是:每一種等面積的多方連塊至少都用一個來拼一個矩形。「四方連 塊」(tetrominoes)是指四個單位正方形以邊與邊相連接而成,並扣除圖形旋轉、鏡射,所形成之五種不同形狀的幾何平面圖形。本文探討四方連塊的 拼圖問題。

多方塊的矩形拼圖(Tiling the rectangle)是一個有趣而常見的拼圖遊戲,它的基本規則是:每一種等面積的多方連塊至少都用一個來拼一個矩形。「四方連塊」(tetrominoes)是指四個單位正方形以邊與邊相連接而成,並扣除圖形旋轉、鏡射,所形成之五種不同形狀的幾何平面圖形,如下圖所示,分別為 L 型、Z 型、O 型、I 型、T 型。

多項式函數圖形的遞增、遞減與凹凸性(Increasing, Decreasing, Concave and ConvexProperties of Polynomial Functions)

多項式函數圖形的遞增、遞減與凹凸性(Increasing, Decreasing, Concave and ConvexProperties of Polynomial Functions)
國立台南第一高級中學數學科林倉億老師/國立臺灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

摘要:本文說明多項式函數圖形的遞增、遞減、凹向上、凹向下,以及在區間 上的遞增函數、嚴格遞增函數、遞減函數、嚴格遞減函數、單調函數。

藉助今日科技發展之便,只要打開電腦,執行數學繪圖軟體程式,然後任意輸入一個多項式函數,一瞬間,它的圖形就會顯示在眼前。例如下圖就是利用數學繪圖軟體GeoGebra所繪的 $$f(x)=(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)(x-5)$$ 之圖形。

巴斯卡與數學歸納法(Pascal and Mathematical Induction)

巴斯卡與數學歸納法(Pascal and Mathematical Induction)
國立台南第一高級中學數學科林倉億老師/國立臺灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

摘要:本文介紹巴斯卡在其著作《論算術三角形》中的推論12,以及巴斯卡在證明推論12所用的方法與今日數學歸納法的關係。

巴斯卡(Blaise Pascal,1623-1662)因「巴斯卡三角形」而廣為中學學生所認識,然而,大部分中學生以及中學老師並不知道,巴斯卡在《論算術三角形》(A treatise on the Arithmetical Triangle)一書中,除了介紹「算術三角形」(即俗稱的「巴斯卡三角形」)外,還利用了「疑似的」數學歸納法來證明其中的性質,因此,巴斯卡曾被認為是最早使用數學歸納法的人。為什麼說「疑似的」呢?請繼續看下去。

海龍公式的各種證明(下)

海龍公式的各種證明(下)(The Various Proofs of Heron’s FormulaⅡ)
臺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許志農教授責任編輯

連結:海龍公式的各種證明(上)

摘要:本文介紹海龍公式的各種證明。

接著來看李善蘭在《天算或問》中的證法,主要是論述等式 \((s-a)(s-b(s-c)=sr^2\),成立。然後兩邊再同乘 \(s\),即得 \(s^2r^2=s(s-a)(s-b)(s-c)\)。

海龍公式的各種證明(上)

海龍公式的各種證明(上)(The Various Proofs of Heron’s FormulaⅠ)
臺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許志農教授責任編輯

摘要:本文介紹海龍公式的各種證明。

現行有關高級中學教材的安排,海龍公式出現在三角函數的學習脈絡中,被當成熟練餘弦定律的典範例(以99 課綱來說在高二上學期)。它的證明過程涉及了教師在三角函數教學會強調的知識與技巧。比如:透過平方關係轉換正餘弦;餘弦值與邊長的關係 \((\cos A=\frac{b^2+c^2-a^2}{2bc})\);乘法公式的使用。

中國的測量術(下) (The Measurement in ChinaⅡ)

中國的測量術(下) (The Measurement in China Ⅱ)
台北市立第一女子中學數學科蘇俊鴻老師/國立台灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

連結:中國的測量術(上)

摘要: 本文延續中國的測量術(上)繼續介紹中國的測量術

接續著〈中國的測量術(上)〉,我們來談談『重差法』。什麼是『重差法』?簡單地說,就是利用兩個或兩個以上的表當做測量基準的測量方法。

根據史家吳文俊對《周髀算經》趙君卿注中日高圖的還原,以及利用出入相補原理重新詮釋後,確信趙君卿已經掌握重差法:利用兩個等高的表,分別量得該表的影長,從而得到影差,便能利用其計算日高及日遠。而劉徽則在重差法的基礎上,將它的應用加以推廣。劉徽談到重差法的用處:「凡望極高,測絕深而兼知其遠者必用重差、勾股,則必以重差為率,故曰重差。」更以測日為例,如圖一所示,給出兩個基本公式:

中國的測量術(上) (The Measurement in China I)

中國的測量術 (上) (The Measurement in China I)
台北市立第一女子中學數學科蘇俊鴻老師/國立台灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

摘要:本文介紹中國的測量術。

一談起測量方法,大家腦中馬上浮現「三角測量」─藉助三角函數的幫助,我們只要測量出某些長度及角度,就能處理那些我們無法實際量測的問題。這也是數學教師在三角函數的學習上,用來強化三角函數學習「正當性」的最佳理由。

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