为什么只存在五种正多面体 |
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![]() 有朋友问,这里真正比较困难的是,如何证明只存在这五种正多面体,而不存在比如说正九面体或正16面体。(谈到“开普勒距离柏拉图两千年,他起初想用五个正多面体解释行星的轨道”) 这里解释一下: 正多面体每个顶点周围至少要有三个面角(若每个顶点只有两个面,封闭不起来),这三个面角必须小于120度,正六边形每个角都是120度,再大的正多边形角度大于120度。所以,能构造正多面体的多边形,只有:正三角形,正方形,正五边形 正三角形可以构造正四面体,正八面体,正二十面体,共三种;正方形只能构造正六面体;正五边形只能构造正十二面体。 “可不可以三个面角都等于120度?” 不行,那就是平面了,正好组不成“体”,曲不回来了。3个120度撑满平面了,必须小于360度才能褶皱。比如立方体三个角是270度(小于360度),把它们强行连起来,就折成立体角了,如下: ![]() 这两个红边要强行挨住,就得折起来。要是加起来正好360度,就不用了。反过来意味着3个120度组不成体了 “正六面体就只有正方体这一种吗?把你图中的正四面体即中间的那个正三棱锥上下一叠,不是也能形成个正六面体吗?就跟正八面体是两个金字塔叠成的那样。” 两个正四面体摞一起,构不成正多面体,正多面体除了各个面都是同一种正多边形,还需要中心有个点,到各顶点相等,这才正。如上那样摞起来来的,摞起来的面对应的顶点,离中心远,是扁的,枣核型,不是正多面体。 总结整理: 前面说了只有这三种可以构造正多边形,现在实际构造一下: 正三角形: 首先,一个顶点周围只有两个面,是组不成封闭多面体的,所以从三个面开始 (1)一个顶点三个正三角形,一个角是六十度,三个角180度,小于360度,可以构造,构造成功,即正四面体(图1) (2)一个顶点四个正三角形,四个角240度,小于360度,可以构造,构造成功,正八面体(图2) (3)一个顶点周围5个正三角形,五个角300度,小于360度,可以构造,构造成功,正二十面体(图3) ![]() ![]() ![]() (4)一个顶点周围6个正三角形,6个角360度,不小于360度,不可以构造多面体 正方形 (1)也从三个面开始构造。一个顶点周围三个正方形,三个角,270度,小于360度,可以构造,构造成功,正六面体,正方体 ![]() (2)一个点四个面,四个角360度,不小于360度,不能构造 正五边形 (1)一个顶点三个面,正五边形每个角108度,三个角,324度,小于360度,可以构造,构造成功,正十二面体。 ![]() (2)一个顶点四个面,432度,大于360度,不能构造。 这就是为什么正三角形可以构造有三种正多面体,正四边形和正五边形的分别只能有一种正多面体。 |
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