主题
Search

多面体公式


一个关联多面体顶点 V F多面体棱 E数量的公式,适用于单连通(即亏格为 0)多面体(或多边形)。它由欧拉(1752 年)和笛卡尔独立发现,因此也称为笛卡尔-欧拉多面体公式。该公式也适用于某些,但并非全部,非凸多面体

多面体公式指出

 V+F-E=2,
(1)

其中 V=N_0多面体顶点的数量,E=N_1多面体棱的数量,而 F=N_2的数量。有关证明,请参见 Courant 和 Robbins(1978 年,第 239-240 页)。

这个公式被 Schläfli 推广到 n多胞形(Coxeter 1973 年,第 233 页),

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)

并由庞加莱证明(Poincaré 1893 年;Coxeter 1973 年,第 166-171 页;Williams 1979 年,第 24-25 页)。

对于亏格g 的曲面,该公式可以推广到庞加莱公式

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

其中

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

欧拉示性数,有时也称为欧拉-庞加莱示性数。多面体公式对应于特殊情况 g=0

存在不满足多面体公式的多胞形,其中最著名的是大十二面体 {5,5/2}小星形十二面体 {5/2,5},施莱夫利本人就拒绝承认它们(Schläfli 1901 年,第 134 页),因为对于这些实体,

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

(Coxeter 1973 年,第 172 页)。


另请参阅

德恩不变量, 欧拉示性数, 笛卡尔总角亏, 亏格, 庞加莱公式, 多面体图, 多胞形

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Aigner, M. 和 Ziegler, G. M. "欧拉公式的三个应用。" 第 10 章,来自书中的证明。 柏林:施普林格出版社,1998 年。Beyer, W. H. (编辑). CRC 标准数学表格,第 28 版。 博卡拉顿,佛罗里达州:CRC 出版社,第 128 页,1987 年。Courant, R. 和 Robbins, H. 什么是数学?:思想和方法的初等方法。 牛津,英格兰:牛津大学出版社,1978 年。Coxeter, H. S. M. "欧拉公式" 和 "庞加莱对欧拉公式的证明。" 第 1.6 节和第 9 章,正多胞形,第 3 版。 纽约:多佛出版社,第 9-11 页和 165-172 页,1973 年。Coxeter, H. S. M. 几何之美:十二篇论文。 纽约:多佛出版社,1999 年。Euler, L. "Elementa doctrine solidorum." Novi comm. acad. scientiarum imperialis petropolitanae 4, 109-160, 1752-1753. 重印于 Opera, Vol. 26, 第 71-92 页。Poincaré, H. "关于欧拉定理推广到多面体。" Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences 117, 144-145, 1893。Schläfli, L. "多重连续性理论。" Denkschriften der Schweizerischen naturforschenden Gessel. 38, 1-237, 1901。Steinhaus, H. 数学快照,第 3 版。 纽约:多佛出版社,第 252-253 页,1999 年。Williams, R. 自然结构的几何基础:设计源书。 纽约:多佛出版社,1979 年。

请引用为

Weisstein, Eric W. "多面体公式。" 来自 MathWorld--Wolfram 网络资源。 https://mathworld.net.cn/PolyhedralFormula.html

学科分类