找一找你的學校有沒有參加這項企劃

萬人實驗結果

3/14在台北科教館現場民眾投針的數據,顯示運氣相當好(可能幸運之神也到現場同樂),總投擲數減去界外數=2867-39=2828,在本實驗中我們設計的針長度與線間距相等(註1),此時 圓周率 = 2×有效投擲次數÷相交次數= 3.2674。看起來與畫面上 3.1418 有出入(註2)

註1: 實際上由於考量現場有許多小朋友,因此事前請工讀生將竹籤剪去尖頭,稍微短了一些,平均約略9.7公分,而線寬間距為10公分,因此必須修正為 3.2674 x 9.7
÷ 10 = 3.169 才比較合乎當天現場的估計值。

註2: 畫面上顯示的是紙本海報的誤差 (針長 10公分,間距 10.4公分) ,這裡輸入在此處誤用了誤差修正。

全台萬人投針的部分幾間學校比較可惜,從實驗數據就能看出,可能是在某一些步驟中出了點意外,誤差值超出合理範圍。排除了極端值之後,我們可以得到總計丟了319,056次,其中有192,841次相交。依照布豐的公式得到圓周率估計值為 3.1817364 。

照理說投擲了三十萬次左右,誤差應不至於如此大 (> 0.04),因此推測還有些因素影響了結果,造成相交次數相對少了! 一個合理猜測是有些實驗的同學可能將落在界外的針也算一次,因為布豐實驗的假設是在一張無窮大的紙上進行,因此沒有界外區,我們猜測這很可能是造成估計值偏高的原因之一。

因此,若利用在科教館的界外率 39/2867 = 0.0136 來剔除潛在的無效次數,再修正過後會得到圓周率估計值為 3.1371921 ,呈現較接近的結果。

當然,我們必須要聲明的是,發起萬人布豐投針實驗號召全台萬名師生一起投擲竹籤在紙上來逼近 π 值,活動主要強調的是趣味性和其背後的理論認知,其實很少人真的把針丟在紙上來逼近圓周率,主要是因為實驗需要大量的數據且測量精度造成的誤差也要納入考量,這讓實際投針求 π 變得有點不切實際,尤其在電腦發明之後。再加上材料大量寄送給各個學校,因此每個學校使用的材料實際上仍是存在微小差異,種種因素造成實驗結果偏離圓周率的預期,也是一件很正常的事啊!

回傳數據時,老師也有稍微跟我們分享心得,看到許多同學都覺得很有趣,做實驗做得很起勁,隨著丟的針數越來越多,看到結果逐漸接近圓周率,相信更會讓大家對這次的數學實驗,留下深刻的印象。 上一堂開心又充實的數學課,其實比我們想像中的要更簡單,不是嗎?


BUFFON's NEEDLE 布豐投針實驗

喬治-路易勒克萊爾,布豐伯爵(Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon)是十八世紀著名的博物學家,其所著《自然通史》36卷加上死後由弟子完成的8卷是當代的百科全書,幾乎囊括當時歐洲所有與自然界相關的知識,布豐的思想影響深遠,後來的達爾文和拉馬克也受其啟發。1777年,布豐發表了一份有趣的機率分析,成為幾何機率論的創始者,他好奇

「丟一根針在畫了等間距的橫線上,針與線相交的機率是多少?」

............

... 這樣的機率也能算嗎?

布豐的研究成果指出,如果針的長度 a 短於等寬橫線的間隔 b ,則答案是 2a/πb。

和傳統機率不同的地方在於,傳統機率考慮的是 #有限 的機率空間,藉由計算某事件發生的次數來評估機率,比方說投擲一顆公正的六面骰子,僅有六種不同的結果,出現每一種結果的機率皆為 1/6。幾何機率面對的挑戰是 #無窮 的機率空間,例如此處針投擲於紙上所呈現的針線狀態,結果就有無窮多種,因此,傳統機率採用的計數方法就不再適用。

對許多人而言,布豐推導出 2a/πb 這個答案已經相當有趣。然而,直到 1812 年,另一位知名的數學家皮爾-賽門·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)在他的《機率論》一書中賦予了「布豐投針」另一層意義:


「我們只要把針丟在紙上,就能估算出 π 的值。」

萬人實驗企劃時程

1月8日完成報名 並收到確認信

1月15日 寄送實驗材料包

2月開學後 帶學生課堂實做

  • 拍下實驗照片

  • 上傳實驗數據

3月5日17:00前 挑選最滿意的照片,參考競賽版型尺寸加上"一句最動人的話"後製完成上傳

3月14日 公告圖文競賽評選結果

點我報名萬人投針實驗
(1/9 12:00 臉書<超越無限數學印象>率先開放)

號召全台300位老師一起帶學生體驗布豐投針數學實驗

▎提供材料及贈品

每一位入選的老師以班級為單位,我們會提供以下材料:

1. 長度 10 cm 的[竹籤]一大把

2. [布豐投針兩用海報],可張貼、收藏,也可作為實驗底圖

3. 紀念品[布豐投針資料夾-2021限定版]40 份,讓您們分送給一同參加的學生做為紀念 (大班可以來信告知人數)

安排時間帶學生動手做實驗算 π 值

▎記錄數據[總投擲次數 N]和[相交次數 M],相交是指竹籤碰到兩種顏色色塊,並從上方黑色數據顯示區上傳。

▎記錄活動過程照片


利用拍攝的照片搭配最動人的文字進行圖文創作

▎活動辦法:

1. 在這邊下載 萬人實驗圖文競賽版型

2. 作品設計完成後,在 Facebook 或 Instagram 分享,hashtag #國際數學日2021 (設公開大家才看得見喔!)

3. 將作品[命名為班級學校的名字],上傳至 萬人實驗圖文參賽區給評審。

*請各位以活動版型的尺寸為準,設計圖文輸出為 jpeg, jpg, png 的檔案格式。

*原創作者擁有圖文版權,須同意授權主辦單位使用於國際數學日相關活動宣傳。

▎獲獎獎勵:

將選拔出金獎、銀獎、銅獎及優選數名

1. 頒發[國家理論科學研究中心]獎狀

2. 作品公開刊登於[超越無限數學印象]及合作單位臉書

3. 獲[金、銀、銅獎]之[班級指導老師]頒發獎狀一枚

專家經驗分享

2019 年 3/14 的國際數學日活動[千人實驗企劃],串聯全台兩千多名師生進行布豐投針試驗,活動獲得參與師生之熱烈好評,其中最關鍵的因素之一,正是教師的課程安排引導。讓我們一起來看看他們的方法。

張志鵬老師(光復高中) | 新北市

從國際數學日談圓周率

想要的話可以全部給你,去找吧! 我把所有的寶藏都放在那裡。

高中數學學科中心電子報 https://ppt.cc/fViSVx

顏敏姿老師(楠梓國中)+方欽鴻老師(高雄高工)的活動操作

高雄高工機械科|高雄

  1. 進行布豐投針實驗課前引導 (例如李國偉老師在科學人的專欄文章<歡慶3.14>)

  2. 觀賞影片(網路資源很多,例如朱安強老師的實驗模擬)

  3. 藉由導讀和影片欣賞引起動機,再開始分組實驗,統計數據。

鄭佳瑜老師(景美女中) | 台北市

圓周率饗宴

  1. 以[π是什麼?]開場引出學生學過的、生活中的 π

  2. 進行布豐投針實驗

  3. 一邊[實驗],一邊填寫[學習單]

  4. 統計數據,經由累加計算,得證接近 π 值

  5. 藉由學生親身體驗得出數據統計,理解圓周率的原理與由來

活動紀實詳情請點這裡

布豐實驗的三種有趣玩法

學生分六組,教室有六張大桌貼上海報

第一關 - 已知[線距]和[針長]估算[π]

第二關 - 已知[針長]和[π]估算[線距]

第三關 - 裁剪一些[等長吸管]然後在[線距]和[π]已知的海報紙上作丟針實驗,估算[吸管長]

學生拿著學習單分組跑關

下載學習單

李佩樺老師(旭光高中) | 南投縣

讓學生自己說故事

  1. 帶領學生實際操作布豐實驗

  2. 加上後製,從學生的角度出發,解說整個實驗

  3. 學生經由實驗驗算,得到數據接近 π 值

參與 2021 萬人實驗企畫之教師

閔柏盛 基隆市立中山高級中學

盧佳怡 基隆市立八斗高中國中部

屠璦華 基隆市立八斗高中國中部

劉澤宏 台北市立大直高中

錢智勇 台北市立大同高中

陳敏惠 台北市北安國中

龎詩倩 台北市立大直高中

郭曉蘋 台北市立大直高中

鍾伊婷 台北市立大直高中

林冠廷 台北市立大學附設實驗國民小學

黃世榮 台北市私立薇閣中學

辛家儒 小實光實驗教育

劉宜佩 台北市立蘭雅國中

林淑慧 台北市信義國中

于思寧 台北市立松山高中

沈書宇 台北市私立靜心高級中學(國小部)

常婷雲 台北市私立靜心高級中學(國小部)

鄭惠珊 台北市民生國中

湯永麟 台北市立麗湖國小

陳泓曄 台北市立南湖高級中學

黃雯芳 台北市立明湖國中

高抬主 台北市立明湖國中

蔡麗琇 台北市立內湖高中

林文誠 台北市立民權國中

陳昱潔 台北市立文化國小

陳麒元 台北市立清江國小

呂紹語 新北市立明德高級中學國中部

陳鳳珠 新北市立中正國中

張雨詩 新北市立三民高中

徐偉傑 陳老師文理補習班

李政憲 新北市立林口國中

楊雅茹 新北市立三和國中

林月媚 新北市立欽賢國中

謝織汝 新北市立鶯歌國小

吳英璉 新北市立新店高中

李宜芳 新北市立義學國中

游秉鈞 新北市立溪崑國中

洪偉恩 新北市立新泰國中

曾睿浬 新北市立永平國小

林小惠 新北市立積穗國中

張凱茵 新北市立中和國小資優資源班

張宜濡 桃園市立中壢國中

王致喬 桃園市立大有國中

郭讚美 桃園市立慈文國中

洪絹閔 桃園市立文昌國中

宋柔瑩 桃園市立蘆竹區南崁國小

陳尉旂 桃園市立光明國中

馬嬿婷 桃園私立新興高中

胡立信 天主教振聲中學

陳慧青 新竹縣立東興國中

葉俊希 新竹縣立東興國中

陳韋君 新竹縣立東興國中

黃韻芯 新竹縣立東興國中

林晏昀 國立竹北高中

楊伯軒 國立新竹女中

簡兆瑩 國立新竹高工

田彭凱 國立新竹高工

施郁蕙 國立新竹高工

陳芳如 國立新竹高工

葉千雅 國立新竹高工

李佩娟 國立新竹高工

周慧蓮 國立新竹科學園區實驗高中雙語部

范慧蘭 新竹市立竹光國中

謝宜芳 新竹市北區載熙國小

翁暄睿 新竹市北區載熙國小

陳裕亮 國立苗栗高級農工職業學校

張漢權 苗栗縣立頭份國中

鍾協昌 苗栗縣立苑裡高中國中部

徐雅玲 國立卓蘭高中

賴盈州 苗栗縣立苗栗國中

簡辛如 國立臺中教育大學附設實驗國小

李宜萱 國立台中教育大學附屬實驗小學

徐譽庭 台中市立居仁國中

李芷維 台中市立居仁國中

鄭伊婕 台中市立居仁國中

葉筱昀 台中市立居仁國中

蘇小惠 台中市立居仁國中

李盈潔 台中市立居仁國中

游曉琦 台中市立居仁國中

陳素真 台中市立忠明高中

林怡均 台中市私立衛道中學

林亮君 台中市立東光國小

袁靜娟 台中市立光榮國中

林瑞軒 台中市光榮國中

吳嵐婷 台中市立新光國中

吳惠美 台中市立臺中二中

鄭如婷 台中市立大甲工業高中

黃筱婷 台中市立日南國中

陳縈婷 台中市立漢口國中

王嘉瑩 台中私立新民高中國中部

吳美玲 台中私立新民高中國中部

王俐婷 彰化悦恩幼兒園

張道民 彰化縣立彰興國民中學

辛盈儒 彰化縣立二水國小

康麗君 彰化縣私立文興高中國中部

黃昭智 彰化縣私立文興高中國中部

葉奕緯 彰化縣立田中高中國中部

薛瑛萱 國立南投高中

李佩樺 南投縣立旭光高中

許清惟 南投縣立明潭國中

王珮紋 國立虎尾高中

沈桂枝 國立嘉義大學附設實驗國民小學

顏立明 嘉義縣立義竹國民中學

紀志聰 嘉義縣政府教育處 副處長室

黃國書 國立嘉義女中

邱碧英 國立嘉義高中

閔裕宏 嘉義市立崇文國小

蔡孟哲 嘉義縣立朴子國中

劉鈞正 嘉義市立民生國中

林千鑫 台南市私立港明高中

陳姿伊 台南市立土城高中

吳佳興 台南市私立興國高中

王儷娟 台南市立文賢國中

鄭家禎 台南市立延平國中

林威志 台南市私立港明高中

劉怡青 台南市立麻豆國小

吳昀蓁 台南市立土城高中

陳孟群 高雄市立旗山國中

洪千茹 高雄市立福山國中

蔡馥徽 高雄市立壽山國中

王廷瑋 高雄市私立正義高級中學國中部

邱俐蓉 高雄市私立正義高級中學

余慕貞 高雄市私立正義高級中學

林憲聰 高雄市立鳳甲國中

曾冠雲 高雄市立鳳甲國中

曾雅榕 高雄市立鳳山國中

江韋樺 國立鳳山商工

鄭雅文 中正預校

梁峻維 高雄市立中山高中

方欽鴻 高雄市立高級工業職業學校

顏敏姿 高雄市立楠梓國中

林芳莉 國立高雄師範大學附屬高級中學

馮婉萍 高雄市立小港高中

廖家賢 高雄市立阿蓮國中

董修身 高雄市立前鎮高中

羅梅芳 高雄市立光華國中

陳怡綾 高雄市立前鎮國中

李畇萱 屏東縣立大同高中

張銘分 宜蘭縣立慈心高中

林宜靜 國立羅東高中

黃凱旻 國立花蓮女中

馮慕民 國立花蓮女中

林雅玲 國立花蓮高農

邱彬峯 花蓮縣立花崗國中

簡子堯 台東縣立大王國中

陳妘甄 澎湖縣立吉貝國中

林玉芬 國立馬公高中

陳曉惠 國立金門高中

廖立宇 國立馬祖高級中學

陳少宇 連江縣立中正國民中小學

Lau Chun Pang 香港中華基督教會基真小學