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多面體公式


一個關聯多面體頂點 V F多面體稜 E數量的公式,適用於單連通(即虧格為 0)多面體(或多邊形)。它由尤拉(1752 年)和笛卡爾獨立發現,因此也稱為笛卡爾-尤拉多面體公式。該公式也適用於某些,但並非全部,非凸多面體

多面體公式指出

 V+F-E=2,
(1)

其中 V=N_0多面體頂點的數量,E=N_1多面體稜的數量,而 F=N_2的數量。有關證明,請參見 Courant 和 Robbins(1978 年,第 239-240 頁)。

這個公式被 Schläfli 推廣到 n多胞形(Coxeter 1973 年,第 233 頁),

Pi_1:N_0=2
(2)
Pi_2:N_0-N_1=0
(3)
Pi_3:N_0-N_1+N_2=2
(4)
Pi_4:N_0-N_1+N_2-N_3=0
(5)
Pi_n:N_0-N_1+N_2-...+(-1)^(n-1)N_(n-1)=1-(-1)^n.
(6)

並由龐加萊證明(Poincaré 1893 年;Coxeter 1973 年,第 166-171 頁;Williams 1979 年,第 24-25 頁)。

對於虧格g 的曲面,該公式可以推廣到龐加萊公式

 chi=V-E+F=chi(g),
(7)

其中

 chi(g)=2-2g,
(8)

尤拉示性數,有時也稱為尤拉-龐加萊示性數。多面體公式對應於特殊情況 g=0

存在不滿足多面體公式的多胞形,其中最著名的是大十二面體 {5,5/2}小星形十二面體 {5/2,5},施萊夫利本人就拒絕承認它們(Schläfli 1901 年,第 134 頁),因為對於這些實體,

 N_0-N_1+N_2=12-30+12=-6
(9)

(Coxeter 1973 年,第 172 頁)。


另請參閱

德恩不變數, 尤拉示性數, 笛卡爾總角虧, 虧格, 龐加萊公式, 多面體圖, 多胞形

使用 探索

參考文獻

Aigner, M. 和 Ziegler, G. M. "尤拉公式的三個應用。" 第 10 章,來自書中的證明。 柏林:施普林格出版社,1998 年。Beyer, W. H. (編輯). CRC 標準數學表格,第 28 版。 博卡拉頓,佛羅里達州:CRC 出版社,第 128 頁,1987 年。Courant, R. 和 Robbins, H. 什麼是數學?:思想和方法的初等方法。 牛津,英格蘭:牛津大學出版社,1978 年。Coxeter, H. S. M. "尤拉公式" 和 "龐加萊對尤拉公式的證明。" 第 1.6 節和第 9 章,正多胞形,第 3 版。 紐約:多佛出版社,第 9-11 頁和 165-172 頁,1973 年。Coxeter, H. S. M. 幾何之美:十二篇論文。 紐約:多佛出版社,1999 年。Euler, L. "Elementa doctrine solidorum." Novi comm. acad. scientiarum imperialis petropolitanae 4, 109-160, 1752-1753. 重印於 Opera, Vol. 26, 第 71-92 頁。Poincaré, H. "關於尤拉定理推廣到多面體。" Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences 117, 144-145, 1893。Schläfli, L. "多重連續性理論。" Denkschriften der Schweizerischen naturforschenden Gessel. 38, 1-237, 1901。Steinhaus, H. 數學快照,第 3 版。 紐約:多佛出版社,第 252-253 頁,1999 年。Williams, R. 自然結構的幾何基礎:設計源書。 紐約:多佛出版社,1979 年。

請引用為

Weisstein, Eric W. "多面體公式。" 來自 網路資源。 https://mathworld.tw/PolyhedralFormula.html

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