理论证明正多面体的个数.

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  • 设正多面体的每个面是正n边行,每个顶点是m条棱,于是,棱数E应是F(面数)与n的积的一半,即

    Nf=2E -------------- 1式

    同时,E应是V(顶点数)与M的积的一半,即

    mV=2E -------------- 2式

    由1式、2式,得

    F=2E/n, V=2E/m,

    代入欧拉公式

    V+F-E=2,

    2E/m+2E/n-E=2

    整理后,得1/m+1/n=1/2+1/E.

    由于E是正整数,所以1/E>0.因此

    1/m+1/n>1/2 -------------- 3式

    3式说明m,n不能同是大于3,否则3式不成立.另一方面,由于m和n的意义(正多面体一个顶点处的棱数与多边形的边数)知,m>=3且n>=3.因此m和n至少有一个等于3

    当m=3时,因为1/n>1/2-1/3=1/6,n又是正整数,所以n只能是3,4,5

    同理n=3,m也只能是3,4,5

    所以

    n m 类型

    3 3 正四面体

    4 3 正六面体

    3 4 正八面体

    5 3 正十二面体

    3 5 正二十面体

    由于上述5种多面体确实可以用几何方法作出,而不可能有其他种类的正多面体

    所以正多面体只有5种