有幾種正多面體?
有幾種正多面體?
正多面體的種數(shù)很少。多面體可以有無(wú)數(shù),但正多面體只有正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體、正二十面體五種。
證明頂點(diǎn)數(shù)V,面數(shù)F,棱數(shù)E設(shè)正多面體的每個(gè)面是正n邊形,每個(gè)頂點(diǎn)有m條棱。
棱數(shù)E應(yīng)是面數(shù)F與n的積的一半(每?jī)擅婀灿靡粭l棱),即nF=2E ————– ①同時(shí),E應(yīng)是頂點(diǎn)數(shù)V與m的積的一半,即mV=2E ————– ②由①、②,得F=2E/n, V=2E/m,代入歐拉公式V+F-E=2,有2E/m+2E/n-E=2整理后,得1/m+1/n=1/2+1/E.由于E是正整數(shù),所以1/E>0。因此1/m+1/n>1/2 ————– ③說(shuō)明m,n不能同時(shí)大于3,否則③不成立。另一方面,由于m和n的意義(正多面體一個(gè)頂點(diǎn)處的棱數(shù)與多邊形的邊數(shù))知,m≥3且n≥3。
正多面體為什么只有5種?
僅有的五種正多面體,即是正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體。
所謂正多面體,當(dāng)然要首先保證它是一個(gè)多面體,而它的特殊之處就在于它的每一個(gè)面都是正多邊形,而且各個(gè)面的正多邊形都是全等的。
也就是說(shuō),將正多面體的各個(gè)面剪下來(lái),它們可以完全重合。
雖然多面體的家族很龐大.可是正多面體的成員卻很少,僅有五個(gè)。
設(shè)正多面體每個(gè)頂點(diǎn)有m條棱,每個(gè)面都是正n邊形,多面體的頂點(diǎn)數(shù)是V,面數(shù)是F,棱數(shù)是E。因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰面有一公共棱,所以
因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰頂點(diǎn)有一公共棱,所以
又因多面體的Euler定理,得V+F-E=2,從上面三式可得
要使得上面的式子成立,必須滿足2m+2n-mn>0,即1/m+1/n>1/2。因?yàn)閙≥3,所以
于是n<6。
當(dāng)n=3時(shí),m<6,所以m能取的值是3、4、5;
當(dāng)n=4時(shí),m<4,所以m能取的值是3;
當(dāng)n=5時(shí),m<10/3,所以m能取的值是3。
當(dāng)n=3,m=3時(shí),V=4,F(xiàn)=4,E=6;當(dāng)n=3,m=4時(shí),V=6,F(xiàn)=8,E=12;當(dāng)n=3,m=5時(shí),V=12,F(xiàn)=20,E=30;當(dāng)n=4,m=3時(shí),V=8,F(xiàn)=6,E=12;當(dāng)n=5,m=3時(shí),V=20,F(xiàn)=12,E=30;所以正多面體只有上述五種。
經(jīng)典多面體
在經(jīng)典意義上,一個(gè)多面體(polyhedron) (英語(yǔ)詞來(lái)自希臘語(yǔ) πολυεδρον,poly-,就是詞根πολυ?, 代表\”多\”, + -edron,來(lái)自εδρον,代表\”基底\”,\”座\”,或者\(yùn)”面\”)是一個(gè)三維形體,它由有限個(gè)多邊形面組成,每個(gè)面都是某個(gè)平面的一部分,面相交于邊,每條邊是直線段。
而邊交于點(diǎn),稱(chēng)為頂點(diǎn)。立方體,棱錐和棱柱都是多面體的例子。多面體包住三維空間的一塊有界體積;有時(shí)內(nèi)部的體也視為多面體的一部分。百科
一個(gè)多面體是多邊形的三維對(duì)應(yīng)。多邊形,多面體和更高維的對(duì)應(yīng)物的一般術(shù)語(yǔ)是多胞體。
正多面體 所謂正多面體,是指多面體的各個(gè)面都是全等的正多邊形,并且各個(gè)多面角都是全等的多面角。
例如,正四面體(即正棱錐體)的四個(gè)面都是全等的三角形,每個(gè)頂點(diǎn)有一個(gè)三面角,共有三個(gè)三面角,可以完全重合,也就是說(shuō)它們是全等的。
正多面體有幾種?有36面體嗎?有68面體嗎?
正多面體總共只有五種.每個(gè)面都是正三角形的有3種.分別是:正四面體;正八面體和正二十面體.每個(gè)面都是正方形的只有正六面體(俗稱(chēng)正方體).每個(gè)面都是正五邊形的只有正十二面體.另外,有36面體,但沒(méi)有正36面體;有68面體,但沒(méi)有正68面體.
為什么正多面體的分類(lèi)只有五種
僅有的五種正多面體,即是正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體。
所謂正多面體,當(dāng)然要首先保證它是一個(gè)多面體,而它的特殊之處就在于它的每一個(gè)面都是正多邊形,而且各個(gè)面的正多邊形都是全等的。
也就是說(shuō),將正多面體的各個(gè)面剪下來(lái),它們可以完全重合。
雖然多面體的家族很龐大.可是正多面體的成員卻很少,僅有五個(gè)。
設(shè)正多面體每個(gè)頂點(diǎn)有m條棱,每個(gè)面都是正n邊形,多面體的頂點(diǎn)數(shù)是V,面數(shù)是F,棱數(shù)是E。因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰面有一公共棱,所以
因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰頂點(diǎn)有一公共棱,所以
又因多面體的Euler定理,得V+F-E=2,從上面三式可得
要使得上面的式子成立,必須滿足2m+2n-mn>0,即1/m+1/n>1/2。因?yàn)閙≥3,所以
于是n<6。
當(dāng)n=3時(shí),m<6,所以m能取的值是3、4、5;
當(dāng)n=4時(shí),m<4,所以m能取的值是3;
當(dāng)n=5時(shí),m<10/3,所以m能取的值是3。
當(dāng)n=3,m=3時(shí),V=4,F(xiàn)=4,E=6;當(dāng)n=3,m=4時(shí),V=6,F(xiàn)=8,E=12;當(dāng)n=3,m=5時(shí),V=12,F(xiàn)=20,E=30;當(dāng)n=4,m=3時(shí),V=8,F(xiàn)=6,E=12;當(dāng)n=5,m=3時(shí),V=20,F(xiàn)=12,E=30;所以正多面體只有上述五種。
擴(kuò)展資料:
一、正多面體性質(zhì)
1、如果兩個(gè)正多面體是同類(lèi)型的正多面體,那么這兩個(gè)正多面體的二面角都相。
2、正多面體的外接球、內(nèi)切球、內(nèi)棱切球都存在,并且三球球心重合。
3、正多面體的外心、內(nèi)心、內(nèi)棱心重合的點(diǎn)稱(chēng)為該正多面體的中心。
4、正多面體除正四面體外過(guò)任頂點(diǎn)和正多面體中心的直線必然經(jīng)過(guò)正多面體的另一頂點(diǎn),并且這兩個(gè)頂點(diǎn)到正多面體中心的距離都相等。
5、除正四面體外,連線經(jīng)過(guò)正多面體的f11心的兩點(diǎn)稱(chēng)為相財(cái)頂點(diǎn),連兩雙相對(duì)頂點(diǎn)的兩條棱稱(chēng)為正多面體的對(duì)棱,由對(duì)棱圍成的兩個(gè)面稱(chēng)為正多面體的對(duì)面。
6、除正四面體外,正多面體的對(duì)棱、對(duì)面都平行。
為什么正多面體只有5種
1、證明:設(shè)正多面體的每個(gè)面是正n邊行,每個(gè)頂點(diǎn)是m條棱,于是,棱數(shù)E應(yīng)是F(面數(shù))與n的積的一半,即Nf=2E(1式)。同時(shí),E應(yīng)是V(頂點(diǎn)數(shù))與M的積的一半,即mV=2E(2式)。
由1式、2式,得,F(xiàn)=2E/n,V=2E/m,代入歐拉公式V+F-E=2,有2E/m+2E/n-E=2整理后,得1/m+1/n=1/2+1/E。
2、由于E是正整數(shù),所以1/E>0。因此1/m+1/n>1/2(3式),3式說(shuō)明m,n不能同是大于3,否則3式不成立。另一方面,由于m和n的意義(正多面體一個(gè)頂點(diǎn)處的棱數(shù)與多邊形的邊數(shù))知,m>=3且n>=3。因此m和n至少有一個(gè)等于3。
3、當(dāng)m=3時(shí),因?yàn)?/n>1/2-1/3=1/6,n又是正整數(shù),所以n只能是3,4,5。 4、同理n=3,m也只能是3,4,5,所以nm類(lèi)型,33正四面體,43正六面體,34正八面體,53正十二面體,35正二十面體,由于上述5種多面體確實(shí)可以用幾何方法作出,而不可能有其他種類(lèi)的正多面體,所以正多面體只有5種。
正多面體只有5個(gè)嗎`?
正多面體只有正四面體、正八面體、正六面體、正十二面何等和正二十面體五種。我們現(xiàn)在來(lái)證明,最多只有5個(gè)正多面體(如圖)至于確有5個(gè)正多面體存在,那是早就知道的事(古希臘柏拉圖(Plato)時(shí)候)。
圖形以及制造模型方法,可以參看史泰因豪斯(Steinhaus)著《數(shù)學(xué)萬(wàn)花鏡》。
①證明 對(duì)于正多面體,假設(shè)它的各面都是正n邊形,而且每一個(gè)頂角處有r個(gè)邊相遇。這樣就有: nF=2E (1) rV=2E (2)(1)的右邊系數(shù)2是因?yàn)槊窟叧霈F(xiàn)在2面中,(2)的右邊系數(shù)2是因?yàn)槊窟呁ㄟ^(guò)2個(gè)頂角。把(1)和(2)代入歐拉公式中,就得到:或 (3)顯然n≥3,r≥3,因?yàn)槎噙呅沃辽儆腥叄诿宽斀翘幰仓辽儆腥?。但n>3,且r>3又是不可能的,因?yàn)槟菢泳鸵?,可是E>0。
所以r和n中至少有一個(gè)等于3。設(shè)n=3,那末 ,因此r=3,4,5,由是E=6,12,30,而F=4,8,20,這就給出了正四面體,正八面體和正二十面體。 設(shè)r=3,那末 ,因此n=3,4,5,由是E=6,12,30,而F=4,6,12,這就給出了正四面體,正六面體(即立方體)和正十二面體。