الانتقال إلى المحتوى
The Lumenary
مسار الدهشةاختياري · لا يُقيَّم أبدًاينطلق من Shapes

Corners, edges and faces

هذه الصفحة غير مترجمة بعدُ إلى العربية، لذلك تُعرض باللغة English.

ساعد في الترجمة →
1

السؤال

Count the corners, edges and faces of a cube, then work out corners − edges + faces. Try a pyramid and a tetrahedron too. Why do you keep getting the same number — and can you find a shape that gives a different one?

جرّب التجربة قبل متابعة القراءة. لا توجد طريقة خاطئة للاستكشاف.

2

التجربة

الرؤوس والأحرف والأوجه

عُدّ V وE وF (الرؤوس والأحرف والأوجه) في كل مجسّم واحسب V − E + F. ثم انظر ماذا تفعل الثقوب.

اسحب لتدويره. الخطوط المتقطعة أحرف في الخلف.

رباعي الأوجه

عُدّها بنفسك — تدوير المجسّم يساعد. انقر في خانة لإبراز ما تعدّه.

نتائجك
المجسّمVEFV − E + F
رباعي الأوجه????
مكعّب????
ثماني الأوجه????
اثنا عشري الأوجه????
عشريني الأوجه????
هرم رباعي????
إطار (بثقب واحد)????

عُدّ 0 من 7. كل مجسّم بلا ثقوب يعطي 2؛ والثقوب تغيّر الجواب.

3

تلميحات، إن أردتها

    4

    ما الذي يحدث

    ما الذي يحدث

    For a cube, 8−12+6=28 - 12 + 6 = 2. For a tetrahedron, 4−6+4=24 - 6 + 4 = 2. For a square pyramid, 5−8+5=25 - 8 + 5 = 2. Leonhard Euler noticed in the 1750s that

    V−E+F=2V - E + F = 2

    for every convex solid with flat faces, however many corners it has.

    Here is the idea of a proof. Take away one face and stretch what is left flat on a table, like a net. Now remove edges one at a time. Removing an edge that separates two faces lowers EE and FF by one each; removing an edge that dangles at a corner lowers EE and VV by one each. Neither move changes V−E+FV - E + F. At the end only a single point is left, with 1−0+0=11 - 0 + 0 = 1; adding back the face we took away gives 22. Making each step watertight takes real care — that care is the story of Imre Lakatos's book Proofs and Refutations.

    The picture-frame solid has a hole through it, and for it V−E+F=0V - E + F = 0. A solid with two holes gives −2-2. The number does not depend on how the surface is cut into faces — only on its shape up to stretching and bending, without tearing or gluing. Mathematicians call it the Euler characteristic χ\chi; for a closed surface with gg holes, χ=2−2g\chi = 2 - 2g. It is one of the first topological invariants, and it reaches surprisingly far: the Gauss–Bonnet theorem says that the total curvature of a closed surface is 2πχ2\pi\chi.

    ملاحظة

    Counting examples is evidence, not proof. The sketch above is the idea of a proof for convex solids; showing that χ\chi is the same for every way of cutting a surface into faces needs the tools of algebraic topology.

    مُختبَر حاسوبيًاصاغه الذكاء الاصطناعي · بانتظار المراجعة البشرية
    5

    إلى أين يقود هذا