對於多面體來說,尤拉公式是指什麼

2022-02-23 06:11:35 字數 5077 閱讀 6967

1樓:匿名使用者

(1)背景:尤拉公式的背後是一門新的幾何學,這種新的幾何學只研究圖形各部分位置的相對次序,而不考慮圖形尺寸大小,這就是由萊布尼茲和尤拉共同奠基的「橡皮膜上的幾何學」(位置幾何學),如今這門學科已經發展成數學的一個重要的分支——拓撲學。

(2)歷史:有關凸多面體最有趣的定理之一是尤拉公式「v-e+f=2」,其實大約在2023年笛卡爾就早已發現了它。尤拉在2023年獨立地發現了這個公式,並於2023年發表了它。

由於笛卡爾的研究到2023年才被人們發現,所以這個定理就稱為尤拉公式而不是笛卡爾公式。

尤拉,出生在瑞士的巴塞爾(basel)城,13歲就進巴塞爾大學讀書,得到當時最有名的數學家約翰·伯努利(johann bernoulli,1667-2023年)的精心指導.

尤拉在數學上的建樹很多,對著名的哥尼斯堡七橋問題的解答開創了圖論的研究。尤拉還發現,不論什麼形狀的凸多面體,其頂點數v、稜數e、面數f之間總有v-e+f=2這個關係。v-e+f 被稱為尤拉示性數,成為拓撲學的基礎概念。

以尤拉的名字命名的數學公式、定理等在數學書籍中隨處可見, 與此同時,他還在物理、天文、建築以至**、哲學方面取得了輝煌的成就。尤拉還創設了許多數學符號,例如π(2023年),i(2023年),e(2023年),sin和cos(2023年),tg(2023年),△x(2023年),∑(2023年),f(x)(2023年)等。

2023年,年僅26歲的尤拉擔任了彼得堡科學院數學教授.2023年,尤拉解決了一個天文學的難題(計算慧星軌道),這個問題經幾個著名數學家幾個月的努力才得到解決,而尤拉卻用自己發明的方法,三天便完成了.然而過度的工作使他得了眼病,並且不幸右眼失明瞭,這時他才28歲.

尤拉的一生,是為數學發展而奮鬥的一生,他那傑出的智慧,頑強的毅力,孜孜不倦的奮鬥精神和高尚的科學道德,永遠是值得我們學習的.

尤拉公式有4條

(1)分式:

a^r/(a-b)(a-c)+b^r/(b-c)(b-a)+c^r/(c-a)(c-b)

當r=0,1時式子的值為0

當r=2時值為1

當r=3時值為a+b+c

(2)複數

由e^iθ=cosθ+isinθ,得到:

sinθ=(e^iθ-e^-iθ)/2i

cosθ=(e^iθ+e^-iθ)/2

(3)三角形

設r為三角形外接圓半徑,r為內切圓半徑,d為外心到內心的距離,則:

d^2=r^2-2rr

(4)多面體

設v為頂點數,e為稜數,是面數,則

v-e+f=2-2p

p為尤拉示性數,例如

p=0 的多面體叫第零類多面體

p=1 的多面體叫第一類多面體

等等 其實尤拉公式是有4個的,上面說的都是多面體的公式

2樓:千分一曉生

簡單多面體的頂點數v、面數f及稜數e間有關係

v+f-e=2

3樓:開始懵了

v+f-e=x(p),v是多面體p的頂點個數,f是多面體p的面數,e是多面體p的稜的條數,x(p)是多面體p的尤拉示性數。

4樓:我不是他舅

頂點數v、面數f及稜數e

則v+f-e=2

5樓:qq123貓

尤拉公式有多種運用。

在多面體中的運用:

簡單多面體的頂點數v、面數f及稜數e間有關係v+f-e=2

這個公式叫尤拉公式。

尤拉公式是什麼?

6樓:煙妮載樂雙

尤拉公式是指以尤拉命名的諸多公式。其中最著名的有,複變函式中的尤拉幅角公式,即將複數、指數函式與三角函式聯絡起來。拓撲學中的尤拉多面體公式。

初等數論中的尤拉函式公式。尤拉公式描述了簡單多面體頂點數、面數、稜數特有的規律,它只適用於簡單多面體。常用的尤拉公式有複數函式e^ix=cosx+isinx,三角公式d^2=r^2-2rr

,物理學公式f=fe^ka等。

複變函式

e^ix=cosx+isinx,e是自然對數的底,i是虛數單位。它將三角函式的定義域擴大到複數,建立了三角函式和指數函式的關係,它在複變函式論裡佔有非常重要的地位。[2]

尤拉公式

e^ix=cosx+isinx的證明:

因為e^x=1+x/1!+x^2/2!+x^3/3!+x^4/4!+……

cosx=1-x^2/2!+x^4/4!-x^6/6!……

sinx=x-x^3/3!+x^5/5!-x^7/7!……

在e^x的式中把x換成±ix.

(±i)^2=-1,

(±i)^3=∓i,

(±i)^4=1

……e^±ix=1±ix/1!-x^2/2!∓ix^3/3!+x^4/4!……

=(1-x^2/2!+……)±i(x-x^3/3!……)

所以e^±ix=cosx±isinx

將公式裡的x換成-x,得到:

e^-ix=cosx-isinx,然後採用兩式相加減的方法得到:

sinx=(e^ix-e^-ix)/(2i),cosx=(e^ix+e^-ix)/2.這兩個也叫做尤拉公式。將e^ix=cosx+isinx中的x取作π就得到:

恆等式e^iπ+1=0.這個恆等式也叫做尤拉公式,它是數學裡最令人著迷的一個公式,它將數學裡最重要的幾個數字聯絡到了一起:兩個超越數:

自然對數的底e,圓周率π,兩個單位:虛數單位i和自然數的單位1,以及被稱為人類偉大發現之一的0。數學家們評價它是「上帝創造的公式」

那麼這個公式的證明就很簡單了,利用上面的e^±ix=cosx±isinx。

那麼這裡的π就是x,那麼

e^iπ=cosπ+isinπ

=-1那麼e^iπ+1=0

這個公式實際上是前面公式的一個應用。

分式分式裡的尤拉公式:

a^r/(a-b)(a-c)+b^r/(b-c)(b-a)+c^r/(c-a)(c-b)

當r=0,1時式子的值為0

當r=2時值為1

當r=3時值為a+b+c

三角公式

三角形中的尤拉公式:

設r為三角形外接圓半徑,r為內切圓半徑,d為外心到內心的距離,則:

d^2=r^2-2rr

拓撲學說

拓撲學裡的尤拉公式:

拓撲學  v+f-e=x(p),v是多面體p的頂點個數,f是多面體p的面數,e是多面體p的稜的條數,x(p)是多面體p的尤拉示性數。

如果p可以同胚於一個球面(可以通俗地理解為能吹脹而繃在一個球面上),那麼x(p)=2,如果p同胚於一個接有h個環柄的球面,那麼x(p)=2-2h。[3]

x(p)叫做p的尤拉示性數,是拓撲不變數,就是無論再怎麼經過拓撲變形也不會改變的量,是拓撲學研究的範圍。

初等數論

初等數論裡的尤拉公式:

尤拉φ函式:φ(n)是所有小於n的正整數裡,和n互素的整數的個數。n是一個正整數。

尤拉證明了下面這個式子:

如果n的標準素因子分解式是p1^a1*p2^a2*……*pm^am,其中眾pj(j=1,2,……,m)都是素數,而且兩兩不等。則有

φ(n)=n(1-1/p1)(1-1/p2)……(1-1/pm)

利用容斥原理可以證明它。

物理學尤拉公式應用

眾所周知,生活中處處存在著摩擦力,尤拉測算出了摩擦力與繩索纏繞在樁上圈數之間的關係。現將尤拉這個頗有價值的公式列在這裡:

f=fe^ka

其中,f表示我們施加的力,f表示與其對抗的力,e為自然對數的底,k表示繩與樁之間的摩擦係數,a表示纏繞轉角,即繩索纏繞形成的弧長與弧半徑之比。

此外還有很多著名定理都以尤拉的名字命名。

7樓:潘蓓庫飛沉

事實上,尤拉公式有平面與空間兩個部分:

空間中的尤拉公式

v+f-e=x(p),v是多面體p的頂點個數,f是多面體p的面數,e是多面體p的稜的條數,x(p)是多面體p的尤拉示性數。

如果p可以同胚於一個球面(可以通俗地理解為能吹脹而繃在一個球面上),那麼x(p)=2,如果p同胚於一個接有h個環柄的球面,那麼x(p)=2-2h。

x(p)叫做p的尤拉示性數,是拓撲不變數,就是無論再怎麼經過拓撲變形也不會改變的量,是拓撲學研究的範圍。

在多面體中的運用:

簡單多面體的頂點數v、面數f及稜數e間有關係

這個公式叫尤拉公式。公式描述了簡單多面體頂點數、面數、稜數特有的規律。

平面上的尤拉公式

,其中v是圖形p的頂點個數,f是圖形p內的區域數,e是圖形的邊數。

在非簡單多面體中,歐位公式的形式為:

其中h指的是平面上不完整的個數,而c指的是獨立的多面體的個數,g指的是多面體被貫穿的個數。

證明(1) 把多面體(圖中①)看成表面是薄橡皮的中空立體。

(2) 去掉多面體的一個面,就可以完全拉開鋪在平面上而得到一個平面中的直線形,像圖中②的樣子。假設f′,e′和v′分別表示這個平面圖形的(簡單)多邊形、邊和頂點的個數,我們只須證明f′-e′+v′=1。

(3) 對於這個平面圖形,進行三角形分割,也就是說,對於還不是三角形的多邊形陸續引進對角線,一直到成為一些三角形為止,像圖中③的樣子。每引進一條對角線,f′和e′各增加1,而v′卻不變,所以f′-e′+v′不變。因此當完全分割成三角形的時候,f′-e′+v′的值仍然沒有變。

有些三角形有一邊或兩邊在平面圖形的邊界上。

(4) 如果某一個三角形有一邊在邊界上,例如圖④中的△abc,去掉這個三角形的不屬於其他三角形的邊,即ac,這樣也就去掉了△abc。這樣f′和e′各減去1而v′不變,所以f′-e′+v′也沒有變。

(5) 如果某一個三角形有二邊在邊界上,例如圖⑤中的△def,去掉這個三角形的不屬於其他三角形的邊,即df和ef,這樣就去掉△def。這樣f′減去1,e′減去2,v′減去1,因此f′-e′+v′仍沒有變。

(6) 這樣繼續進行,直到只剩下一個三角形為止,像圖中⑥的樣子。這時f′=1,e′=3,v′=3,因此f′-e′+v′=1-3+3=1。

(7) 因為原來圖形是連在一起的,中間引進的各種變化也不破壞這事實,因此最後圖形還是連在一起的,所以最後不會是分散在向外的幾個三角形,像圖中⑦那樣。

(8) 如果最後是像圖中⑧的樣子,我們可以去掉其中的一個三角形,也就是去掉1個三角形,3個邊和2個頂點。因此f′-e′+v′仍然沒有變。

即成立,於是尤拉公式:

得證。[2]

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