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 |