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歐拉發現在多面體的頂點、邊與面的數目間存在著一種簡單的關系,這種關
系被視為圖論(graph theory)中相當重要的定理。
你現在應該可以自己敘述歐拉關系了?纯创岁P系是否也能適用于其他的多
面體,檢驗一下你的推論。
當時歐拉認為這只是多面體的性質,但后來數學家發現這種關系也能適用于
球面或平面上的網絡。
考慮如圖1 的網絡。其中有3 個結點A 、B 、C ,4 條弧p 、q 、r 、s ;
這個網絡把平面分成3 個區域1 、2 、3.這些數目滿足下列關系:
N-A+R=2
N 為結點的數目,A 為弧的數目,R 為區域的數目。你覺得這與多面體的關
系是否有什么類似之處?
現在把上述的關系式用在其他的網絡上,試試結果如何。
你是否試過圖2 中不相連的網絡?
你應該會發現,上述的關系式需要視網絡中分離部分的數目作修正?纯茨
是否能找到一個公式,不管網絡中到底有多少部分,都能成立。
“歐拉關系”與“網絡關系”之間的聯系可以用圖3 說明。
想象一下,用具有彈性的材料做一個立方體,可以如圖3 的方式伸展,然后
壓平,成為平面上的網絡。原來立方體的每一個頂點現在都成為網絡中的結點,
原來立方體的每一條邊現在則成為網絡中的一條弧。
立方體的每一面現在都成為平面中的一個區域,只除了ABCD之外,不過也可
以把ABCD看成是代表網絡外部的區域。所有多面體以這種方式變換都可得到類似
的結果,但要注意的是,對有洞的多面體需要做進一步的考察。
如果將多面體看作是三維空間分隔成不同區域,則對歐拉的關系式還可以作
進一步推廣。
考慮一下最簡單的多面體——四面體(圖4 )。
四面體將空間分成兩個區域,且
V-E+F-R=4-6+4-2=0
其中V 、E 、F 各代表多面體的頂點、邊與面的數目,R 為區域的數目,F
在在立方體上加一個金字塔形的角錐體。這種組合將空間分成3 個區域,包括9
個頂點、16條邊與10個面(圖5 )。
我們再度得出
V-E+F-R=0
這是由歐拉原始的關系式推廣得出的另一個關系式。用其他的方法分割空間,
檢驗一下這個關系式。
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