人人都知道的歐拉公式

提示:文章內(nèi)容謹(jǐn)代表個(gè)人觀點(diǎn)
設(shè)一個(gè)多面體的頂點(diǎn)數(shù)為V,面數(shù)為F,棱數(shù)為E,則滿足公式:V+F-E=2
這就是歐拉公式。
這個(gè)公式有趣的地方在于,為何最后的答案是個(gè)常數(shù)?還是2?為何不是1呢?
我們來(lái)探究一下。
我們從平面開(kāi)始看起:
先設(shè)V+F-E=x
如果我們想畫一個(gè)平面圖形,比如三角形,首先要畫一個(gè)點(diǎn)A,這時(shí)頂點(diǎn)數(shù)為1,沒(méi)有線,沒(méi)有面,所以x=1
然后我們?cè)龠x定一個(gè)點(diǎn)B連接起來(lái),此時(shí)頂點(diǎn)數(shù)為2,一條邊,沒(méi)有面,x=1
最后再選一個(gè)點(diǎn)C,連接AB、AC,此時(shí)頂點(diǎn)數(shù)為3,三條邊,一個(gè)面,x=1
畫其它幾何圖形時(shí),如果一步一步的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)永遠(yuǎn)是x=1
這是為什么呢?這是因?yàn)樵诋嬈矫鎴D形的時(shí)候,只有三種情況:
①創(chuàng)建一個(gè)點(diǎn),這是畫圖的第一步,此時(shí)x=1,沒(méi)有爭(zhēng)論
②創(chuàng)造一個(gè)新的點(diǎn),并與另外一個(gè)點(diǎn)連接(沒(méi)有連接就憑空造點(diǎn)是耍流氓?。藭r(shí)多一個(gè)點(diǎn)多一條邊,可以看作V+1+F-(E+1),還是等于x,也就是一開(kāi)始的1
③連接兩個(gè)點(diǎn),創(chuàng)造一個(gè)封閉空間,此時(shí),邊數(shù)+1,面數(shù)+1,可以看作V+(F+1)-(E+1),還是等于x,也就是一開(kāi)始的1
所以所有的幾何平面圖形都滿足這個(gè)條件

那么再研究三維圖形就方便啦

如圖,這是立方體的透視圖,如果看成平面圖形,很顯然V+F-E=1,但因?yàn)橥敢暤脑?,還有一個(gè)面被我們忽視了,所以在三維的情況應(yīng)該是V+F+1-E,所以x變成了2
另外,所有立體圖形都滿足這個(gè)條件,至于更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖C明,請(qǐng)移步百度或知乎

另外@李永樂(lè)老師 的視頻里也有該證明的教學(xué),大家可以去搜索一下,很有趣的。