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用欧拉公式证明:正多面体正多面体只有正四面体、正八面体、正六面体、正十二面何等和正二十面体五种。我们现在来证明,最多只有5个正多面体(如图)至于确有5个正多面体存在,那是早就知道的事(古希腊柏拉图(Plato)时候)。图形以及制造模型方法,可以参看史泰因豪斯(Steinhaus)著《数学万花镜》。①证明对于正多面体,假设它的各面都是正n边形,而且每一个顶角处有r个边相遇。这样就有:nF=2E(1)rV=2E(2)(1)的右边系数2是因为每边出现在2面中,(2)的右边系数2是因为每边通过2个顶角。把(1)和(2)代入欧拉公式中,就得到:或(3)显然n≥3,r≥3,因为多边形至少有三边,而在每顶角处也至少有三边。但n>3,且r>3又是不可能的,因为那样就要有,可是E>0。所以r和n中至少有一个等于3。设n=3,那末,因此r=3,4,5,由是E=6,12,30,而F=4,8,20,这就给出了正四面体,正八面体和正二十面体。设r=3,那末,因此n=3,4,5,由是E=6,12,30,而F=4,6,12,这就给出了正四面体,正六面体(即立方体)和正十二面体。
本文标题:用欧拉公式证明只有五种正多面体
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