多面体欧拉定理的定理意义
欧拉公式
简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系
V+F-E=2
这个公式叫欧拉公式。公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律。
欧拉定理的意义
(1)数学规律:公式描述了简单多面体中顶点数、面数、棱数之间特有的规律
(2)思想方法创新:定理发现证明过程中,观念上,假设它的表面是橡皮薄膜制成的,可随意拉伸;方法上将底面剪掉,化为平面图形(立体图→平面拉开图)。
(3)引入拓扑学:从立体图到拉开图,各面的形状、长度、距离、面积等与度量有关的量发生了变化,而顶点数,面数,棱数等不变。
定理引导我们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。
(4)提出多面体分类方法:
在欧拉公式中, f (p)=V+F-E 叫做欧拉示性数。欧拉定理告诉我们,简单多面体f (p)=2。
除简单多面体外,还有非简单多面体。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。其欧拉示性数f (p)=16+16-32=0,即带一个洞的多面体的欧拉示性数为0。
欧拉定理的证明
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.
欧拉定理的运用方法
(1)分式:
a^r/(a-b)(a-c)+b^r/(b-c)(b-a)+c^r/(c-a)(c-b)
当r=0,1时式子的值为0
当r=2时值为1
当r=3时值为a+b+c
(2)复数
由e^iθ=cosθ+isinθ,得到:
sinθ=(e^iθ-e^-iθ)/2i
cosθ=(e^iθ+e^-iθ)/2
(3)三角形
设R为三角形外接圆半径,r为内切圆半径,d为外心到内心的距离,则:
d^2=R^2-2Rr
(4)多面体
设v为顶点数,e为棱数,f是面数,则
v-e+f=2-2p
p为欧拉示性数,例如
p=0 的多面体叫第零类多面体
p=1 的多面体叫第一类多面体
(5) 多边形
设一个二维几何图形的顶点数为V,划分区域数为Ar,一笔画笔数为B,则有:
V+Ar-B=1
(如:矩形加上两条对角线所组成的图形,V=5,Ar=4,B=8)
(6) 欧拉定理
在同一个三角形中,它的外心Circumcenter、重心Gravity、九点圆圆心Nine-point-center、垂心Orthocenter共线。
其实欧拉公式是有很多的,上面仅是几个常用的。
使用欧拉定理计算足球五边形和六边形数
问:足球表面由五边型和六边型的皮革拼成,计算一共有多少个这样的五边型和六边型?
答:足球是多面体,满足欧拉公式F-E+V=2,其中F,E,V分别表示面,棱,顶点的个数
设足球表面正五边形(黑皮子)和正六边形(白皮子)的面各有x个和y个,那么
面数F=x+y
棱数E=(5x+6y)/2(每条棱由一块黑皮子和一块白皮子共用)
顶点数V=(5x+6y)/3(每个顶点由三块皮子共用)
由欧拉公式,x+y-(5x+6y)/2+(5x+6y)/3=2,解得x=12
所以共有12块黑皮子
所以,黑皮子一共有12×5=60条棱,这60条棱都是与白皮子缝合在一起的
对于白皮子来说:每块白色皮子的6条边中,有3条边与黑色皮子的边缝在一起,另3条边则与其它白色皮子的边缝在一起,所以白皮子所有边的一半是与黑皮子缝合在一起的
那么白皮子就应该一共有60×2=120条边,120÷6=20
所以共有20块白皮子
经济学中的“欧拉定理”
在西方经济学里,产量和生产要素L、K的关系表述为Q=Q(L,K),如果具体的函数形式是一次齐次的,那么就有:Q=L(ðQ/ðL)+K(ðQ/ðK),换句话说,产品分配净尽取决于Q能否表示为一个一次齐次函数形式。
因为ðQ/ðL=MPL=w/P被视为劳动对产量的贡献,ðQ/ðK=MPK=r/P被视为资本对产量的贡献,因此,此式被解释为“产品分配净尽定理”,也就是所有产品都被所有的要素恰好分配完而没有剩余。因为形式上符合数学欧拉定理,所以称为欧拉定理。
【同余理论中的"欧拉定理"】
设a,m∈N,(a,m)=1,则a^(f(m))≡1(mod m)
(注:f(m)指模m的简系个数)
欧拉公式
在数学历史上有很多公式都是欧拉(Leonhard Euler 公元1707-1783年)发现的,它们都叫做欧拉公式,它们分散在各个数学分支之中。
1、复变函数论里的欧拉公式:
e^ix=cosx+isinx,e是自然对数的底,i是虚数单位。
它将三角函数的定义域扩大到复数,建立了三角函数和指数函数的关系,它在复变函数论里占有非常重要的地位。
将公式里的x换成-x,得到:
e^-ix=cosx-isinx,然后采用两式相加减的方法得到:
sinx=(e^ix-e^-ix)/(2i),cosx=(e^ix+e^-ix)/2.
这两个也叫做欧拉公式。将e^ix=cosx+isinx中的x取作∏就得到:
e^i∏+1=0.
这个恒等式也叫做欧拉公式,它是数学里最令人着迷的一个公式,它将数学里最重要的几个数学联系到了一起:两个超越数:自然对数的底e,圆周率∏,两个单位:虚数单位i和自然数的单位1,以及数学里常见的0。数学家们评价它是“上帝创造的公式”,我们只能看它而不能理解它。
2、拓扑学里的欧拉公式:
V+F-E=X(P),V是多面体P的顶点个数,F是多面体P的面数,E是多面体P的棱的条数,X(P)是多面体P的欧拉示性数。
如果P可以同胚于一个球面(可以通俗地理解为能吹胀成一个球面),那么X(P)=2,如果P同胚于一个接有h个环柄的球面,那么X(P)=2-2h。
X(P)叫做P的拓扑不变量,是拓扑学研究的范围。
3、初等数论里的欧拉公式:
欧拉φ函数:φ(n)是所有小于n的正整数里,和n互素的整数的个数。n是一个正整数。
欧拉证明了下面这个式子:
如果n的标准素因子分解式是p1^a1*p2^a2*……*pm*am,其中众pj(j=1,2,……,m)都是素数,而且两两不等。则有
φ(n)=n(1-1/p1)(1-1/p2)……(1-1/pm)
利用容斥原理可以证明它。
(1)数学规律:公式描述了简单多面体中顶点数、面数、棱数之间特有的规律;
(2)思想方法创新训练: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。
(4)给出多面体分类方法:
在欧拉公式中,令 f(p)=V+F-E,f(p)叫做欧拉示性数。定理告诉我们,简单多面体的欧拉示性数f (p)=2。
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,
所以带一个洞的多面体的欧拉示性数等于零。
欧拉定理的公式是什么?
欧拉公式:点数+面数-棱数=2 如:长方体:8点6面12条棱,8+6-12=2 n棱锥:点+面-棱=(n+1)+(n+1)-2n=2 n棱柱:点+面-棱=2n+(n+2)-3n=2
简单多面体的欧拉定理是什么?
多面体的顶点,面数,棱数之间的关系是在一凸多面体中,顶点数-棱边数+面数=2。这种关系也被成为多面体欧拉定理。在数论中,欧拉定理(Euler Theorem,也称费马-欧拉定理或欧拉函数定理)是一个关于同余的性质。简单多面体的顶点数V、棱数E及面数F间有关系:V+F-E=2公式描述了简单多面体中顶点数、面...
欧拉公式是什么?
多面体的欧拉公式是:V+F–E=2。若用F表示一个正多面体的面数,E表示棱数,V表示顶点数,则有F+V-E=2,即“表面数+顶点数-棱长数=2”。F+V-E=2,这个公式叫欧拉公式。公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律。V+F-E=X(P),V是多面体P的顶点个数,F是多面体...
欧拉定理是什么
欧拉定理:简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系:V+F-E=2
叙述多面体的欧拉定理 什么是正多面体
多面体的欧拉定理:简单多面体的顶点数V、棱数E及面数F间有关系,及欧拉公式:V-E+F=2,所谓简单多面体,即表面经过连续变形可以变为球面的多面体。正多面体,是指多面体的各个面都是全等的正多边形,并且各个多面角都是全等的多面角。正多面体只有正四面体、正六面体(正方体)、正八面体、正十二面体、正...
求欧拉定理内容~及其相关内容
叫做欧拉示性数。欧拉定理告诉我们,简单多面体f (p)=2。除简单多面体外,还有非简单多面体。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。其欧拉示性数f (p)=16+16-32=0,即带一个洞的多面体的欧拉示性数为0。
欧拉定理 欧拉方程的原理是什么 它到底要说明一个什么?
欧拉定理表明,若n,a为正整数,且n,a互素,(a,n) = 1,则a^φ(n) ≡ 1 (mod n)2、平面几何里的欧拉定理定理内容 设三角形的外接圆半径为R,内切圆半径为r,外心与内心的距离为d,则d^2=R^2-2Rr.3、拓扑学里的欧拉公式 V+F-E=X(P),V是多面体P的顶点个数,F是多面体P的面...
欧拉定理的拓扑公式
欧拉定理为我们揭示了多面体的内在结构与拓扑性质之间的重要关系。欧拉公式V+F-E=X(P)中,V代表多面体P的顶点数,F是面数,E则是棱的条数,而X(P)即欧拉示性数,它揭示了多面体的拓扑特性。当多面体P可以变形为一个球面时,其欧拉示性数X(P)恒等于2,这种情况表明P具有球面的拓扑结构。如果...
欧拉定理怎么证明
设侧面数为n,则面数为n+2,棱数为3n,顶点数为2n,所以面数+顶点数-2=棱数,由欧拉公式得知:顶点数+面数﹣棱数=2n,棱柱顶点数:2n,面数:n+2,棱数:3n。在任何一个规则球面地图上,用 R记区域个 数 ,V记顶点个数 ,E记边界个数 ,则 R+ V- E= 2,这就是欧拉定理。它于...
多面体欧拉定理欧拉定理又一证法
多面体欧拉定理是几何学中的一个基本定理,用于描述简单多面体的顶点数(V)、面数(F)和棱数(E)之间的关系。该定理表明对于任何简单多面体,顶点数与面数之和减去棱数等于2,即V + F - E = 2。为了证明这一定理,我们首先考虑一个多面体模型(图1),其中顶点数为V,面数为F,棱数为E。
勇石利美: 欧拉公式 简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系 V+F-E=2 这个公式叫欧拉公式.公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律.欧拉定理的意义 (1)数学规律:公式描述了简单多面体中顶点数、面数、棱数之间特有的规律...
尧都区18372949603: 求欧拉定理内容~及其相关内容 - ?
勇石利美: 欧拉定理 简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系 V+F-E=2 这个公式叫欧拉公式.公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律. 证明欧拉定理 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...
尧都区18372949603: 什么是欧拉定理?能详细讲一下吗? - ?
勇石利美: V+F-E=X(P),V是多面体P的顶点个数,F是多面体P的面数,E是多面体P的棱的条数,X(P)是多面体P的欧拉示性数. 如果P可以同胚于一个球面,那么X(P)=2,如果P同胚于一个接有h个环柄的球面,那么X(P)=2-2h. X(P)叫做P的欧拉示性数,是拓扑不变量,就是无论再怎么经过拓扑变形也不会改变的量,是拓扑学研究的范围. 在多面体中的运用: 简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系 V+F-E=2 这个公式叫欧拉公式.公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律.
尧都区18372949603: 对于一个多面体来说,欧拉公式是指什么? - ?
勇石利美: 欧拉公式有多种运用.在多面体中的运用: 简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系V+F-E=2这个公式叫欧拉公式.
尧都区18372949603: 欧拉定理是什么 - ?
勇石利美: 欧拉定理:简单多面体的顶点数V、棱数E、面数F,有下面关系V+F-E=2
尧都区18372949603: 叙述关于欧拉图的欧拉定理,并请证明该定理. - ?
勇石利美:[答案] 对于互质的整数a和n,有a^φ(n) ≡ 1 (mod n) 简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系 V+F-E=2 这个公式叫欧拉公式.公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律.
尧都区18372949603: 如何证明多面体欧拉定理 - ?
勇石利美: 定理证明 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∑α 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................参考这里:http://www.gdzx.net/senior/maths/wuping2/euler/html/zhengming.htm
尧都区18372949603: 数学上三角形的欧拉定理如何证明? - ?
勇石利美:[答案] 欧拉公式简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系V+F-E=2这个公式叫欧拉公式.公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律.证明方法: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...
尧都区18372949603: 什么是欧拉公式 ,有什么规律 - ?
勇石利美:[答案] 在多面体中的运用:简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系 V+F-E=2 这个公式叫 .公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的 . 欧拉公式有4条 (1)分式: a^r/(a-b)(a-c)+b^r/(b-c)(b-a)+c^r/(c-a)(c-b) 当r=0,1时式子的值为0 当r=2时值为...
尧都区18372949603: 欧拉公式是用sin 那cos表达式转换是什么? - ?
勇石利美: 欧拉定理:e^(ix)=cosx+isinx.其中:e是自然对数的底,i是虚数单位. 它将三角函数的定义域扩大到复数,建立了三角函数和指数函数的关系,它在复变函数论里占有非常重要的地位. 将公式里的x换成-x,得到: e^(-ix)=cosx-isinx,然后采用...