如何用多種方式證明正多面體只有特定的五種?

時間 2021-05-29 23:30:51

1樓:江東四傑

首先, 不可能存在由6邊形或以上構造的正多面體。因為乙個頂點至少要由三個面圍成。但是6邊形以上的圖形內角不小於120度,這種情況下三個圖形無法拼成乙個頂點。

這是因為,乙個頂點周圍的角的和必小於360度。(證明思路:構造乙個正n稜錐,並將頂點S投影到底面,然後用餘弦定理證明投影之後角的會增大)

由此,由正五邊形,正4邊形拼成的正多面體,乙個頂點周圍至多有3個面。類似地,由正三角形拼成的正多面體,其頂點周圍至多有5個面。故正多面體至多有5種。

接下來在每種對應情況下構造出符合條件的正多面體即可。

(p.s 如果想要更高的嚴謹性,還是參照前面的答案,用尤拉公式)

2樓:

設正多面體有V個頂點,E條邊,F個面,每個面是p邊形(p≥3),每個頂點連線著q條邊(q≥3)。注意到pF=2E(因為每條邊屬於兩個面),qV=2E(因為每條邊連線兩個點),因此代入尤拉公式V-E+F=2,得到2E/q-E+2E/p=2,整理得1/p+1/q=1/E+1/2,注意到1/p+1/q>1/2且p,q必須至少為3,因此只能有

(p=3, q=3), (p=4, q=3), (p=3, q=4), (p=5, q=3), (p=3, q=5) 五組解,分別對應著正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體。

五種正多面體的對比:

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