PRAVILNI VEČKOTNIKI IN PLATONSKA TELESA

Preverjanje Eulerjevega poliederskega obrazca

 Pravilno telo ( pravilni polieder ) in Eulerjev  poliederski obrazec

To je konveksno telo, ki ima za ploskve skladne pravilne mnogokotnike, ki se stikajo v ogliščih tako, da oblikujejo skladne prostorske kote. Na prvi pogled bi sklepali, da je verjetno tudi pravilnih teles neskončno mnogo, vendar ni tako. Pravzaprav jih je presenetljivo malo in sicer jih je samo pet. Imenujemo jih Platonska telesa.

Pri ugotavljanju števila pravilnih teles bom uporabila znani Eulerjev poliedrski obrazec (ne bom ga dokazovala) , ki veže število oglišč, robov in ploskev poljubnega konveksnega telesa.

 p = število oglišč

q  = število robov

r = število ploskev

 p – q + r = 2


Primer 1:

KOCKA
p = 8
q =12           
r = 6

p – q + r = 2

8 – 12 + 6 = 2


Primer 2:

a)   n – strana piramida
Število oglišč ( p )
Ima n oglišč na osnovni ploskvi in eno oglišče v vrhu  V.
p = n + 1

Število robov ( q )
Ima n robov na osnovni ploskvi in n robov, ki vežejo vsako oglišče osnovne ploskve z vrhom  V piramide.
q = 2 · n

Število ploskev ( r )
Ima n stranskih ploskev in eno osnovno ploskev.
 r = n + 1
Preverimo Eulerjev obrazec: 

p – q + r = ( n + 1 ) – 2 · n + ( n + 1 ) =  2                  

Eulerjev obrazec res velja.

b)    Piramida n = 6     

 p = n + 1 = 6 + 1 = 7                        

 q = 2 · n = 2 · 6 =12                         

 r = n + 1 = 6 + 1 =7

 p – q + r = 7 – 12 + 7 = 2

 Eulerjev obrazec res velja.


Primer 3:

a) n – strana prizma

Število oglišč ( p )
Prizma ima dve osnovni ploskvi in na vsaki n oglišč.
p = 2 · n 

Število robov ( q )
Ima n robov na osnovni ploskvi in n robov, ki vežejo vsako oglišče osnovne ploskve piramide z vrhom  V.
q = 3 · n 

Število ploskev ( r )
Ima n stranskih ploskev in dve osnovni ploskvi.
r = n + 2 

Preverimo Eulerjev obrazec: 

p – q + r = 2 · n – 3 · n + ( n + 2 ) =   2 

Eulerjev obrazec res velja.


b) Prizma n = 6      

p = 2 · n = 2 · 6 = 12                        

q = 3 · n = 3 · 6 =18                         

r = n + 2 = 6 + 2 =8

p – q + r = 12 – 18 + 8 = 2

 Eulerjev obrazec res velja.


Primer 4:

a) Če v nekem telesu prisekamo oglišče, se veljavnost Eulerjevega obrazca ohranja.

To je prikaz oglišča, v katerem se stika n robov.

Recimo, da ima naše prvotno telo:
po = število oglišč
qo = število robov
ro = število ploskev

Za njega velja Eulerjev obrazec   po – qo + ro = 2 

Koliko oglišč, robov in ploskev ima naše novo telo? 

Število oglišč ( p )
Eno oglišče smo odstranili, vendar smo dodali novo oglišče za vsak rob, ki je imel krajišče v  starem oglišču. Če je bilo n takih robov, potem je število takih oglišč zdaj
p = po + n – 1.

 Število ploskev ( r )
Ko smo telo prisekali, smo dobili novo ploskev,
r = ro + 1

Število robov ( q )
ki je n-kotnik, zato imamo tudi n novih robov.
q = qo + n 

Če sedaj izračunamo 

p – q + r =  ( po + n – 1 ) – ( qo + n ) + ( ro + 1 ) =  po – qo + ro + n – 1 – n + 1 = 

in upoštevamo, da je  po – qo + ro = 2,  dobimo: 

= 2 + n – 1 – n + 1 = 2 

Torej spet velja :   p – q + r =  2


b) Kocka s prisekanim enim ogliščem  ( n = 3 … število robov, ki se stikajo v oglišču, ki smo ga prisekali).

p = po + n – 1 = 6 + 3 – 1 = 10

r = ro + 1 = 6 + 1 = 7

q = qo + n = 12 + 3 = 15

p – q + r = 10 – 15 + 7 = 2

 Eulerjev obrazec spet velja.


Vrnimo se spet k pravilnim telesom. Pravilno telo ima vse ploskve skladne. To dejstvo je pomembno in nam pomaga dobiti zvezo med  številom ploskev  in številom robov.

 Vse ploskve so n – kotniki  ( n ≥ 3 ). Ker leži vsak rob na dveh ploskvah, velja zveza:

 2 · q = n · r      


Primer  : kocka  ( n = 4 )     

2 · q = n · r  

2 · 12 = 4 · 6           

Podobno zvezo dobimo med številom oglišč in številom robov.  V pravilnem telesu se mora v vsakem oglišču sekati enako število ( recimo d ) ploskev ( večkotnikov). Pri tem mora biti d ≥ 3 . V vsakem oglišču se stika torej d robov in ker ima vsak rob dve krajišči ( oglišči ), dobimo:

2 · q = d · p


Primer  : kocka  ( n = 4 )     

2 · q = d · p  

2 · 12 = 3 · 8           

Iz obrazcev2 · q = n · r in 2 · q = d · p dobimo:

r=2q/n       p = 2q/d            n ≥ 3    in     d ≥ 3     

Če to vstavimo v p – q + r = 2 dobimo:

 2q/d - q + 2q/n = 2     oziroma če enačbo delimo z 2 · q, dobimo:

1/d + 1/n = 1/q + 1/2

 Ker je q > 0, dobimo  1/d + 1/n > 1/2 .


Ločimo dva primera :

a) d je manjše ali enako n . 

Tedaj je 1/n manjše ali enako 1/d  in dobimo  2/n je večje ali enako 1/n + 1/d > 1/2 , zato je d < 4 , torej je d = 3.

b) n je manše ali enako d . 

 Tedaj je 1/d manjše ali enako 1/n  in dobimo 2/n je večje ali enako 1/n + 1/d > 1/2, zato je  n < 4 , torej je n = 3. 

Torej je število ploskev (d) ali oblika ploskve – pravilni večkotnik (n) enako 3. Vse možnosti so prikazane v tabeli.


n

d

1/d + 1/n

1/q

q

r

p

 

3

3

2/3

1/6

6

4

4

TETRAEDER

3

4

7/12

1/12

12

8

6

OKTAEDER

4

3

7/12

1/12

12

6

8

HEKSAEDER ali KOCKA

3

5

8/15

1/30

30

20

12

IKOZAEDER

5

3

8/15

1/30

30

12

20

DODEKAEDER


Obstaja torej  natanko 5 pravilnih teles.  Naredila bom modele teh teles.

 Vir: Presek 3 , letnik 8, 1980 – 81, str.134 do 138.

Nazaj