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附录2 毕达哥拉斯学派的五面体



V-E+F=2  (式1)

所以,立方体有六个面(F=6)和8个项角(V=8);代入式1,得  8-E+6=2,即V14-E=2,E=12。式1计算结果立方体有12个边,立方体果然有12个棱。本书文献目录中列出的Courant  and  Robbins的著作中用简单几何方法证明了式1。根据式1可以证明世界上只能有正五面体。

多面体的任何一个棱均为相邻的两个多边形的边所共有。再以立方体为例,立方体的任何一个棱都是两个正方形的共边界。如果把一个多面体的所有面的所有边(nF)都计算一遍,则每一个棱都要两次计算。因此:

nF=2E  (式2)

以r代表一个顶角的共有边的个数,则在立方体中,r=3。同理,每一个边都具有两个顶角。如果把所有的顶角(rV)都计算一遍,则每一个顶角也都要计算两次。因此:

rV=2E(式3)

把式2和式3代入式1,则得:

2E/r-E+2E/n=2

两边都除以2E,则得:

1/n+1/r=1/2+1/E(式4)

已知n等于3或大于3,因为最简单的多边形是具有三条边的三角形。已知r等于3或大于3,因为至少要三个面夹一个顶角才能构成最简单的多面体。若n和r同时都大于3,则式4的式边得数则要小于2/3。这样,只要E是正数,式4则不成立。于是,再根据谬误归约论,则只能出现两种情况,即或者n=3,r等于或大于3,或者r=3,n等于或大于3。

若n=3,式4则变化为(1/3)+(1/r)=(1/2)+(1/E),或下式:

1/r=1/E+1/6(式5)

据此,r只能等于3、4或5。如果r(原文为E。根据上下文,应为r。——译者注)等于或大于6,则式5不成立。于是,n=3和r=3是由  3个三角形共有一个项角构成的多面体。根据式5,这个多面体有6个棱;根据式2,这个多面体有4个面;根据式3,这个多面体有4个顶角。显然,这是一个金字塔或四面形。n=3和r=4是一个具有8个面的多面体,其中4个三角形共有一个项角,即八面体。而n=3和r=5是一个具有20个面的多面体,其中5个三角形共有一个顶角,即20面体(参见本书第53页)。

若r=3,则式4变化为:

1/n=1/E+1/6  ,

同理可得,r也只能等于3、4或5。若n=3,则又是一个四边形;n=4,则是由六个正方形组成的多面体,即立方体;n=5,则是由12个五边形组成的多面体,即12面体。

综上所述,除了3、4和5外,n和r不可能是其他整数。因此,世界上只能有正五面体。这就是用抽象而漂亮的数学方式推导出来的结果,而这个结果,正如大家都看到的,对人类社会曾经产生过巨大的影响。