五种柏拉图多面体和电学趣题

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  自古希腊开始,画正多边形和正多面体是人们非常感兴趣的问题。当时,人们关心能否用无刻度的直尺和圆规来画出正多边形和正多面体,而如今,利用计算机很容易就可以画出这些图形。
  理论上说,正多边形是由直线围出的各边相等、内角也相等的平面图形。这种图形当然有无穷多个。正多边形在三维中的类似物便是正多面体,即由正多边形构成、在顶点处各面及各内角全等的立体。这种正多面体也被称为柏拉图多面体。
  
  柏拉图多面体
  
  柏拉图师从苏格拉底,是古希腊最杰出的哲学家之一,他称正四面体为火、正六面体为土、正八面体为空气、正二十面体为水,并认为包揽上述四个元素的正十二面体是整个宇宙的象征,
  柏拉图认为正十二面能体表现宇宙,并宣称:“神为了整个宇宙画出了这个图形!”所以这些正多面体就逐渐地被叫做柏拉图多面体了,
  我们可以看出,柏拉图对多面体的理解和数学一点关系也没有,
  两千年来,数学家都把柏拉图多面体看做神物崇拜,很少从数学上来研究多面体,直到文艺复兴的时候,人们还这样认为,
  到了今天,数学家已不再把柏拉图多面体当作神物崇拜,但这些多面体仍在趣味数学中扮演着多彩的角色。
  
  正多面体有多少个
  
  可能有人认为,这种柏拉图多面体的形状之多是无限的,但实际上,它们“少得令人恼火”,数学家最后发现,正多面体只有五种:四面体、立方体、八面体、十二面体和二十面体,
  为什么正多面体这样稀少?这种简单的证明可以追溯到欧几里得,
  所谓的正多面体,就是各面都是相同的正多边形,交于各顶点的各正多面角都相同,这就要求在正多面体中,交于各顶点的正多边形的数量相同,交于各顶点的各角之和小于360°,这样才能构成正多面体,
  比如,利用正三角形可构成正多面体,因正三角形的各内角为60°,60°×3=180°<360°,所以在每个顶点可以汇聚3个三角形。这样形成的多面体就是如下的正四面体,如图2。
  由4个正三角形可以构成正八面体,因60°×4=240°<360°,所以在各个顶点可以汇聚4个正三角形,两个这样的图形对接在一起,就可以构成如图3的正八面体,
  再如图4,各顶点处汇聚5个正三角形,就是60°×5=300°<360°,就成为正二十面体,但如果一个顶点汇聚6个以上正三角形,其内角和就大于360°,所以不能用6个以上的正三角形构成正多面体,
  图5则是利用正四边形构成的正多面体,正四边形的各角为90°,在各顶点相交的四边形最多是3个,这样构成的多面体就是正六面体,也就是立方体,
  最后则是正十二面体,由12个正五边形构成,正五边形的各角是108°,那说明各顶点只能有3个正五边形相交,108°×3=324°<360°,这样就构成了正十二面体,如图6,
  
  关于立方体的趣题
  
  关于正多面体的趣题非常多,比如,这里只讲一个电学趣题,这道题如图7所示,与网状结构有关,
  如果该立方体的每条棱上有个电阻,其值为1欧姆,电流由A端流向B端时,整个结构的总电阻有多大?你能算一算吗?
  不是吓唬你哦,据说,电子工程师对这一问题的计算长达数十页,你能用最简单的办法计算吗?
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