歐拉在各個數學領域遍地開花,都稱之為「歐拉公式」卻完全不一樣
你好!
歐拉公式二世!
離過年回家的日子越來越近了,心裡早已想起老媽做的飯菜,雖說很普通,但卻很喜歡。再加上這幾天廣州又是颳風,又是下雨,超模君根本就沒心思寫文章,只想好好在被窩裡睡一覺。
然而小天又來催稿了(
自從小天轉正後,日子一天不如一天)
,看來還是要乖乖寫文章。
那今天超模君就跟大家講講「歐拉公式」,被數學界譽為「數學中的天橋」的那條公式。
說起歐拉公式,應該有很多人知道:
這個恆等式也叫做歐拉公式,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繫到了一起: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」。
在這裡,我們把在複變函數中的歐拉公式稱之為歐拉公式一世(至於為什麼這麼叫,都怪歐拉太厲害)。
原來,數學界的超級大牛歐拉除了在複變函數領域,發現了被數學界譽為「數學中的天橋」的公式,同時也在初等數論、三角形及拓撲學中發現一些極為價值的公式,然而數學界似乎沒想到要區分不同領域歐拉的成就,將所有的公式都統稱為「歐拉公式」,你說的「歐拉公式」不是我說的「歐拉公式」。
複變函數中的「歐拉公式」(歐拉公式一世)因為所包含元素的特異性,得到更多的關注,就連小天都知道念叨:數學界最美的公式就是歐拉公式。
當我把拓撲學中的「歐拉公式」(我們稱之為歐拉公式二世)丟給小天時:什麼呀?歐拉公式怎麼可以長成這樣?
小天:趕緊把我的最美公式還給我!!!
超模君(一臉嫌棄,在追求真理的路上總是會遇到一些xxx):。。。
今天,超模君想要講的故事主角,就是:歐拉公式二世。
在任何一個規則球面地圖上,用 F記區域個數(通俗來講就是面) ,V記頂點個數 ,E記邊界個數(也就是邊) ,則V- E+F= 2,這就是歐拉定理 。
頂點的英文:Vertical。
棱(或邊)的英文:Edge。
面的英文:Face。
真的,這也是歐拉公式。
雖然我們稱之為歐拉公式,但第一個證明歐拉公式成立的卻是Descartes(笛卡爾),而後才輪到歐拉。但第一個真正給出嚴格證明的則是20歲的柯西。
來自百度百科的證明過程:從多面體去掉一面,通過把去掉的面的邊互相拉遠,把所有剩下的面變成點和曲線的平面網路。不失一般性,可以假設變形的邊繼續保持為直線段。正常的面不再是正常的多邊形即使開始的時候它們是正常的。但是,點,邊和面的個數保持不變,和給定多面體的一樣(移去的面對應網路的外部。)
抱歉,實在沒法讀懂百度百科的這段解釋,如果有模友能解釋清楚的記得留言,另外也去百度百科把這段內容修改一遍。
既然沒辦法像歐拉、柯西這般數學家那樣去思考這個問題,不聰明的超模君只能按照最笨的方式,一個一個多面體來計算。
(腦子正在載入.gif)
是不是很驚喜,是不是很刺激,我們竟然推導出一個定理。
不過有個問題,為啥都是正多邊形,別的難道不行嗎?
行不行,我們試試再說,為了便於理解,超模君選擇在立方體上加多一條線。
(這豆腐有點渣)
SURPRISE!在立方體的一個面上加上對角線,在增加線的同時,立方體的一個面也被一分為二,此時的歐拉公式依舊等於2,歐拉公式成立。
也就是歐拉公式對於立體圖形都是成立的!
啪啪啪,此時小天向超模君丟出一個凹二十面體。
(可以發揮一下想像力)
其實這依舊是一個二十面體,在保持相同數量的面和邊的同時,這個二十面體選擇了將兩個頂點合二為一。
SO SAD!也就是歐拉公式變成了:
V - E + F = 1
難道歐拉公式錯了?
是的,在發現到這個問題後,數學家們便引入了新的一個概念:歐拉特徵χ(說實話,超模君也是第一次看到)。
F + V -E = χ
此時的歐拉公式V-E+F不僅可以等於2和1,也有可能等於其他值。
無獎問答:那你覺得莫比烏斯環的歐拉特徵應該多少?
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