為什麼最多只有正20麵體證明過程

2021-09-29 18:38:49 字數 1133 閱讀 7759

正多面體我們大家肯定都認識,但是在人們腦海中感覺肯定是正多少面都可以的,但實際正多面體最多只能有二十個面。下面就看一下證明過程吧。

多面體尤拉定理:設正多面體稜數為e, 頂點為v,面數f,他們之間的關係是f+v-e = 2

用簡單的方法證明一下吧,首先把正多面體去掉乙個面,把剩下的圖形平鋪後就從三維轉換為了二維圖形,相應的公式也變為 f+v-e = 1。

1)接下來每次去掉一條稜也會減少乙個平面,因此等式還是成立的,一直到所有的面都刪除掉,剩下的稜變成了樹形結構。

2)當變成樹形結構後,沒去掉一條稜就會減少乙個頂點,等式還是成立,一直到最後只剩下一條稜。

因此證明了f+v-e = 1,在加上一開始去掉的平面得到,f+v-e = 2。

證畢。假設正多邊形每個頂點連線的稜為m,正多邊形頂點數為v,正多邊形為f面,稜數為e條,每個面有n條邊。

已知正多邊形每個面的邊數乘上頂點數等於二倍的稜數,可得

nv = 2e

又已知正多邊形每個頂點連線的稜數乘上面數也等於稜數得二倍,因此得到

mf = 2e

(到這裡在結合上面的公式是不是有一點頭緒了,別往下看了,拿起筆思考思考。)

又已知對面體尤拉公式:f+v-e = 2

將上面兩個式子帶入後得到

1/n + 1/m = 1/2 + 1/e

由題目已知e一定為正整數,因此等式變為

1/n + 1/m > 1/2

由上式得到n和m不能同時大於3,否則等式不成立,又根據正多面體來說,n>=3且m>=3。因此必然二者中有乙個等於3

假設m = 3,

上面不等式就變為了 1/n > 1/2 - 1/3 = 1/6

已知n取值為正整數,因此對於 1/ n > 1/6來說,n合理取值為3,4,5

同理得到m合理取值為3, 4, 5

由此得到

n m 正多面體型別

3 3 正四面體

3 4 正八面體

3 5 正二十面體

4 3 正六面體

5 3 正十二面體

因此證明了最多為正二十面體。

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