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The Lumenary
विस्मय पथवैकल्पिक · कभी अंक नहीं दिए जातेयहाँ से शुरू होता है Shapes

Corners, edges and faces

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प्रश्न

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?

आगे पढ़ने से पहले प्रयोग करके देखें। खोजबीन का कोई गलत तरीका नहीं है।

2

प्रयोग

शीर्ष, किनारे और फलक

हर ठोस पर V, E और F (शीर्ष, किनारे और फलक) गिनिए और V − E + F निकालिए। फिर देखिए कि छेद क्या करते हैं।

घुमाने के लिए खींचिए। टूटी रेखाएँ पीछे के किनारे हैं।

चतुष्फलक

इन्हें ख़ुद गिनिए — ठोस को घुमाने से मदद मिलती है। जो गिन रहे हैं उसे उभारने के लिए किसी ख़ाने में क्लिक कीजिए।

आपके परिणाम
ठोसVEFV − E + F
चतुष्फलक????
घन????
अष्टफलक????
द्वादशफलक????
विंशफलक????
वर्गाकार पिरामिड????
फ़्रेम (एक छेद)????

7 में से 0 गिने गए। बिना छेद वाला हर ठोस 2 देता है; छेद उत्तर बदल देते हैं।

3

संकेत, यदि आप चाहें

    4

    क्या हो रहा है

    क्या हो रहा है

    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.

    टिप्पणी

    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.

    संगणना द्वारा परखा गयाAI द्वारा तैयार मसौदा · मानवीय समीक्षा की प्रतीक्षा में
    5

    यह कहाँ ले जाता है