欧拉在各个数学领域遍地开花,都称之为“欧拉公式”却完全不一样

那今天超模君就跟大家讲讲“欧拉公式”,被数学界誉为“数学中的天桥”的那条公式。

说起欧拉公式,应该有很多人知道:

这个恒等式也叫做欧拉公式,它是数学里最令人着迷的一个公式,它将数学里最重要的几个数字联系到了一起:两个超越数:自然对数的底e,圆周率π;两个单位:虚数单位i和自然数的单位1;以及被称为人类伟大发现之一的0。数学家们评价它是“上帝创造的公式”。

在这里,我们把在复变函数中的欧拉公式称之为欧拉公式一世(至于为什么这么叫,都怪欧拉太厉害)。

原来,数学界的超级大牛欧拉除了在复变函数领域,发现了被数学界誉为“数学中的天桥”的公式,同时也在初等数论、三角形及拓扑学中发现一些极为价值的公式,然而数学界似乎没想到要区分不同领域欧拉的成就,将所有的公式都统称为“欧拉公式”,你说的“欧拉公式”不是我说的“欧拉公式”。

当我把拓扑学中的“欧拉公式”(我们称之为欧拉公式二世)丢给小天时:什么呀?欧拉公式怎么可以长成这样?

小天:赶紧把我的最美公式还给我!!!

超模君(一脸嫌弃,在追求真理的路上总是会遇到一些xxx):。。。

今天,超模君想要讲的故事主角,就是:

欧拉公式二世

真的,这也是欧拉公式。

虽然我们称之为欧拉公式,但第一个证明欧拉公式成立的却是Descartes(笛卡尔),而后才轮到欧拉。但第一个真正给出严格证明的则是20岁的柯西。

来自百度百科的证明过程:从多面体去掉一面,通过把去掉的面的边互相拉远,把所有剩下的面变成点和曲线的平面网络。不失一般性,可以假设变形的边继续保持为直线段。正常的面不再是正常的多边形即使开始的时候它们是正常的。但是,点,边和面的个数保持不变,和给定多面体的一样(移去的面对应网络的外部。)

抱歉,实在没法读懂百度百科的这段解释,如果有模友能解释清楚的记得留言,另外也去百度百科把这段内容修改一遍。

既然没办法像欧拉、柯西这般数学家那样去思考这个问题,不聪明的超模君只能按照最笨的方式,一个一个多面体来计算。

(脑子正在加载.gif)

是不是很惊喜,是不是很刺激,我们竟然推导出一个定理。

不过有个问题,为啥都是正多边形,别的难道不行吗?

行不行,我们试试再说,为了便于理解,超模君选择在立方体上加多一条线。

(这豆腐有点渣)

SURPRISE!在立方体的一个面上加上对角线,在增加线的同时,立方体的一个面也被一分为二,此时的欧拉公式依旧等于2,欧拉公式成立。

也就是欧拉公式对于立体图形都是成立的!

啪啪啪,此时小天向超模君丢出一个凹二十面体。

(可以发挥一下想象力)

其实这依旧是一个二十面体,在保持相同数量的面和边的同时,这个二十面体选择了将两个顶点合二为一。

SOSAD!也就是欧拉公式变成了:

V-E+F=1

难道欧拉公式错了?

是的,在发现到这个问题后,数学家们便引入了新的一个概念:欧拉特征χ(说实话,超模君也是第一次看到)。

F+V-E=χ

此时的欧拉公式V-E+F不仅可以等于2和1,也有可能等于其他值。

THE END
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