万华禾香板多少钱一平:为什么正多面体只有五种?

来源:百度文库 编辑:神马品牌网 时间:2024/05/09 07:23:55

设正多面体的每个面是正n边行,每个顶点是m条棱,于是,棱数E应是F(面数)与n的积的一半,即
Nf=2E -------------- 1式
同时,E应是V(顶点数)与M的积的一半,即
mV=2E -------------- 2式
由1式、2式,得
F=2E/n, V=2E/m,
代入欧拉公式
V+F-E=2,

2E/m+2E/n-E=2
整理后,得1/m+1/n=1/2+1/E.
由于E是正整数,所以1/E>0。因此
1/m+1/n>1/2 -------------- 3式
3式说明m,n不能同是大于3,否则3式不成立。另一方面,由于m和n的意义(正多面体一个顶点处的棱数与多边形的边数)知,m>=3且n>=3。因此m和n至少有一个等于3
当m=3时,因为1/n>1/2-1/3=1/6,n又是正整数,所以n只能是3,4,5
同理n=3,m也只能是3,4,5

所以
n m 类型
3 3 正四面体
4 3 正六面体
3 4 正八面体
5 3 正十二面体
3 5 正二十面体

由于上述5种多面体确实可以用几何方法作出,而不可能有其他种类的正多面体
所以正多面体只有5种

另外一个角度的通俗解答(好理解,但证明不严格):
设正多面体的每个面是正n边形,每个顶点是m条棱,即相邻m个n边形。
正n边形的顶角角度为180(n-2)/n,
正多面体每个顶点可能的角度之和为m×180(n-2)/n<360°,(=360°将成为一个平面),
因为m、n均一定≥3,
正3边形,顶角为60°,由其构成正多面体每个顶点可能的m为3、4、5,
正4边形,顶角为90°,由其构成正多面体每个顶点可能的m为3,
正5边形,顶角为108°,由其构成正多面体每个顶点可能的m为3,
正6边形,顶角为120°,不可能有由正n边形(n≥6)构成正多面体,
综上所述,正多面体构成的可能性只有以上5种。
n m 类型
3 3 正四面体
3 4 正八面体
3 5 正二十面体
4 3 正六面体
5 3 正十二面体
由于上述5种多面体确实可以用几何方法作出,而不可能有其他种类的正多面体
所以正多面体只有5种,而没有更多。

这个问题如果要证明的话可能需要高等拓扑学的知识,不过我想除非有意研究,否则没人会想去看那么复杂的证明的。简单来说,就是只有这五种多边形才能在空间中组成一个自洽的多面体,其他的都没有办法自洽。