对于
n维空间中的
简单多面体,其
零维对象数(即顶点数)D0、一维对象数(即边数)D1、二维对象数(即面数)D2、三维对象数(即体数)D3、……、
n维对象数Dn:
一般以V(Vertex)表示零维对象(即顶点)数D0,以E(Edge)表示一维对象(即边、棱)数D1,以F(Flat surface)表示二维对象(即面)数D2,以S(Solid)表示三维对象(即体)数D3,以
P表示四维对象数D4。
多面体,设顶点数V,面数F,棱数E。剪掉一个面,将其余的面拉平,使它变为
平面图形
设剪去的一个面为n边形,其内角和为(n-2)·180°,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)·360°,边上的n个顶点处的内角和(n-2)·180°。所以,多面体所有各面的内角和为:
Σα = (V-n)·360°+(n-2)·180°+(n-2)·180°=(
V-2)·360°. (2)
所以 V+F-E=2.
(2)思想
方法创新:在定理的发现及
证明过程中,在观念上,假设它的表面是橡皮薄膜制成的,可随意拉伸;在方法上将底面剪掉,然后其余各面拉开铺平,化为
平面图形(
立体图→
平面图)。
(3)引入
拓扑新学科:“拉开图”与以前的
展开图是不同的,从立体图到拉开图,各面的形状,以及长度、距离、面积、全等等与度量有关的量发生了变化,而顶点数,面数,棱数等不变。
事实上,定理在引导大家进入一个新几何学领域:
拓扑学。我们用一种可随意变形但不得撕破或粘连的材料(如橡皮波)做成的图形,拓扑学就是研究图形在这种变形过程中的不变的性质。
除简单多面体外,还有不是简单多面体的多面体。例如,将
长方体挖去一个洞,连结底面相应顶点得到的多面体。它的表面不能经过连续变形变为一个球面,而能变为一个
环面,它的
欧拉示性数为f (p)=16+16-32=0,