究竟有多少個正多面體呢?
歐拉公式 對簡單多面體而言,其頂點數(V)、 面數(F)及棱數(E)滿足以下公式: V + F – E = 2
例子:若一凸三十二面體的頂點數是60,求它的棱數。 解: V=60, F=32 代入 V+F-E=2,得: E = V+F-2 = 60+32-2 = 90 該多面體的棱數是90。
例子:若一凸多面體的面全是三角形,證明 F=2V - 4。 解:由於每塊面有3條邊,而每條邊是兩 塊相鄰面所共有,所以: E = 3F/2 ………….(*) 引用歐拉公式 V+F-E=2,得: 2V+2F-2E=4 把(*)代入,得: 2V+2F–3F=4 2V- F =4 F= 2V – 4。
m的意義 m代表一個正多面體每塊面上的邊數 m=4 m=3 正六面體 正四面體
n的意義 n代表一個正多面體每個頂點上的邊數 n=3 n=4 正六面體 正八面體
想想看:mF = ? m代表一個正多面體每塊面上的邊數 m=3 m=4 F=8 F=6 E=12 E=12 mF=24 =2E mF=24 正六面體 正八面體
想想看:nV = ? n代表一個正多面體每個頂點上的邊數 n=4 n=3 V=6 V=8 E=12 E=12 nV=24 =2E nV=24 正六面體 正八面體
一個幾何定理 定理:正多面體只有五種
證明:正多面體只有五種 假設m代表一正多面體每塊面上的邊數 n代表它的每個頂點上的邊數 考慮以下公式: (1) (2)
將(1)、(2)式代入歐拉公式,得: (3)
m-2 n-2 m n 1 1 3 3 3 4 1 2 3 5 1 3 4 3 2 1 5 3 3 1
把不同的m, n值代回(1)、(2)、(3),得: E F 多面體名稱 3 6 4 正四面體 12 8 正八面體 5 30 20 正二十面體 正六面體 正十二面體
結論 正多面體只有以下五種: