规则几何体为什么都具有如下性质:面数+顶点数-棱数=2

2024-11-17 00:50:18
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回答1:

方法1:(利用几何画板)
逐步减少多面体的棱数,分析V+F-E
先以简单的四面体ABCD为例分析证法。
去掉一个面,使它变为平面图形,四面体顶点数V、棱数V与剩下的面数F1变形后都没有变。因此,要研究V、E和F关系,只需去掉一个面变为平面图形,证V+F1-E=1
(1)去掉一条棱,就减少一个面,V+F1-E不变。依次去掉所有的面,变为“树枝形”。
(2)从剩下的树枝形中,每去掉一条棱,就减少一个顶点,V+F1-E不变,直至只剩下一条棱。
以上过程V+F1-E不变,V+F1-E=1,所以加上去掉的一个面,V+F-E =2。
对任意的简单多面体,运用这样的方法,都是只剩下一条线段。因此公式对任意简单多面体都是正确的。
 
方法2:计算多面体各面内角和
设多面体顶点数V,面数F,棱数E。剪掉一个面,使它变为平面图形(拉开图),求所有面内角总和Σα
一方面,在原图中利用各面求内角总和。
设有F个面,各面的边数为n1,n2,…,nF,各面内角总和为:
Σα = [(n1-2)·1800+(n2-2)·1800 +…+(nF-2) ·1800]
= (n1+n2+…+nF -2F) ·1800
=(2E-2F) ·1800 = (E-F) ·3600 (1)
另一方面,在拉开图中利用顶点求内角总和。
设剪去的一个面为n边形,其内角和为(n-2)·1800,则所有V个顶点中,有n个顶点在边上,V-n个顶点在中间。中间V-n个顶点处的内角和为(V-n)·3600,边上的n个顶点处的内角和(n-2)·1800。
所以,多面体各面的内角总和:
Σα = (V-n)·3600+(n-2)·1800+(n-2)·1800
=(V-2)·3600. (2)
由(1)(2)得: (E-F) ·3600 =(V-2)·3600
所以 V+F-E=2.