#G09 · 几何与三角函数 (Geometry & Trig) · Lv.2在3D思维导图中查看

欧拉多面体公式与拓扑不变量

Leonhard Euler · 1750년

V−E+F=2,χ=2−2gV - E + F = 2,\quad \chi = 2 - 2g
Cube: 8−12+6=2,Icosahedron: 12−30+20=2\text{Cube: } 8 - 12 + 6 = 2,\quad \text{Icosahedron: } 12 - 30 + 20 = 2

任何凸多面体的顶点数(V)减棱数(E)加面数(F)恒等于2,是现代拓扑学、图论与3D网格几何检验的奠基定理。

🧮 即时公式计算器与图形绘制器
顶点数 V
棱数 E
面数 F
V−E+F=12−30+20=2(Sphere χ=2  ⟹  F=20)V - E + F = 12 - 30 + 20 = 2 \quad (\text{Sphere } \chi=2 \implies F=20)
Euler Characteristic χ
2
Required Faces F
20 (구면 일치)
E/V Ratio
2.50
V(12)12.0E(30)30.0F(20)20.0

先修概念路径 (Prerequisite Path) (11 STEP)

完整路径分析

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几何与直观原理解析

다면체에서 면 하나를 떼어내고 평면에 납작하게 펼친 뒤, 삼각형으로 쪼개거나 외곽 모서리를 하나씩 지워나가도 V - E + F 의 값은 절대 변하지 않고 끝내 2로 보존됩니다.

分步公式推导过程

  1. Step 1.1단계: 다면체의 한 면을 제거하여 평면 그래프로 펼치면 면의 수가 F-1 이 됩니다.
  2. Step 2.2단계: 다각형 면에 대각선을 하나 그으면 모서리 E가 1 늘고 면 F도 1 늘어 V - E + F 가 불변입니다.
  3. Step 3.3단계: 외곽 삼각형을 하나씩 제거해 마지막 점 1개(V=1, E=0, F=1 → 바깥면 포함 F=2)에 도달하면 V - E + F = 2

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const eulerChar = (V: number, E: number, F: number) => V - E + F;

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