读读欧拉吧,他是我们所有人的导师。——皮埃尔-西蒙·拉普拉斯
身为有史以来最伟大的数学家之一,欧拉的着作浩如烟海。就连冠以他的姓名的公式、定理,都远不止一两个。
但谈及联系点、线、面这些零维、一维、二维基本要素的公式,也就只能是那唯一的一条公式了。
【V-E+F=2】
具体来说:对于任意的凸多面体,亦或是被分割成若干区域的平面图,记其中顶点的数量是V、线段的个数是E、面的个数是F。则有V、E、F服从于欧拉公式【V-E+F=2】。
就以六面骰举例来说,V=8、E=12、F=6,而8-12+6=2;或者是以四面体为例,V=4、E=6、F=4,而4-6+4=2。
身为几何学最古老、最朴素的结论之一,欧拉公式反而有着最深刻的内涵。
“系统你还知道欧拉公式呢?着实令人震惊。”
徐林认为抢答出欧拉公式的拉斯简直是毁人设。
{ヾ(???ゞ)哼哼!宿主,我可是全知的妖精。怎么会有我不知道的事情。}
这飞舞到底全知在哪了?徐林反正是没看出来。
“继续我们刚才的推理,审判终止之时,盘面上共有N+t个点、2t条线、4N个面。
因点线面对于欧拉公式的服从,得到关系:N+t-2t+4N=2,化简即可得知总的回合数为t=5N-2,恰符合于小四儿的推理。”
“主λ好厉害啊,真是什么都知道呢!”
研习“少女的魔法”的谢四自然是把情绪价值拉满,只可惜她不能当场给徐林表演一个点满的“眼神崇拜”天赋。
{可是……宿主,这有什么用吗?小四不早就知道这件事了吗?}
{虽然我承认你的推理是更加严丝合缝,更加高屋建瓴没错啦。}
{可这不是对打破臭猫猫的耍赖一点用也没有吗?}
“是吗?真的没有用吗?”徐林揶揄地乜了一眼眼神清澈的拉普拉斯马,“你不是魔神拉普拉斯妖吗?你把欧拉公式尾巴上的那个2扭曲成1,小四儿不就获胜了吗?”
{o(?Д?)っ!}
{有道理啊,宿主。}
{呸!我才不是魔神,我可是真理的妖精,要我说多少遍!}
{我怎么可能能篡改欧拉公式这样的真理法则呢?}
{这都是构成世界的底层逻辑好吧。怎么可能是你说改就能改的?}
拉普拉斯马鼻子里库库出着气,显然是对徐林的胡言乱语相当不满。
它都澄清多少遍了,这家伙怎么还是把自己当成诞生于谬误的魔神呢?
徐林当然说的是玩笑话,他自己都不相信飞舞系统能做到这样的事。
“哎,你还真是飞舞到无药可救。”
{(。ヘ°)}
“欧拉公式尾巴上的系数,本来就不一定得是2。”
徐林从口袋中取出万花筒看了看,心下已经有了主意。
“不是说了嘛,欧拉公式只对平面体和凸多面体成立,对于其他的图形,那可就未必如此了。”
“主λ,怎么个未必法呢?”默默聆听的谢四适时地捧哏道。
徐林一边摆弄着手中的万花筒,一边说道:“假如有一个方形的柱子,它有6个面,12条棱,8个顶点,自然是满足欧拉公式的。
我们现在在柱子里打个洞,将柱子的上下两端打通,变成一个空心柱体。方便起见,假设打穿挖掉的部分也是一个方形柱体。
新的空心柱体一共有16个顶点。但计算面的个数时。需要做一个小处理,上下两端的表面都是带孔洞的环状面,这种有孔的区域不被认为是最基础的区域,需要割一刀切成长条状的基本区域才行。
为了保持良好的对称性,我们把每个方形环状区域切成四个全等的梯形,这样总共就有16个面和32条棱。
这时候欧拉公式就变成了——”
{16-32+16=0!}拉普拉斯抢先回答道。
“真的诶,这确实是不满足刚才所说的欧拉公式。”谢四稍感惊奇,疑惑地追问道:“为什么非得切割上下表面的环状区域呢?
如果不进行切割的话,一共就是10个面,24条棱。这时候16-24+10=2,仍然满足欧拉公式啊。”
“从专业的角度来说,环状区域不满足单连通条件,并不是同胚于圆盘的基本形式。
具体来说,当你通过连一条线剪断上下表面的环状区域时,点和面的数量并没有增加,线的数量却平白增加了2。这直接导致了欧拉公式算出的结果减少了2。
可如果你这时继续用线裁剪上下两面,就比如说各自都用两条线,将环状区域剪成两个全等的直角形。点的个数没有发生变化,线的数量和刚才相比增加2,面的数量也比刚才增加2,一增一减之下,欧拉公式算得的结果保持不变。”
“哦哦!原来是这样。”谢四懂了,但也没有完全懂。
{欧拉公式之中“点-线+面”得到的数被称为欧拉示性数捏。}
{无非是在说凸多面体的欧拉示性数是2,而空心柱的欧拉示性数是0。}
{事实上你每在实心体上打穿一个洞,都会直接导致欧拉示性数减少2。}
{o(′^`)o怎么样宿主,有没有对本系统的渊博才学刮目相看?}
徐林并没有接妖精的自吹自擂,而是继续向谢四解释道:“所以说,我们需要扭曲的并不是欧拉公式本身,而是要去扭曲那块圆盘,让它的欧拉示性数发生改变。”
欧拉示性数实际上联系到几何学之中的一个重要概念——亏格。
什么是亏格?直白地来讲就是洞的数量。
地球上没有洞,亏格就是零。甜甜圈中央有个大洞,亏格就是一。
某一款卡牌类肉鸽游戏的第三层,就有一对亏格0和亏格1拍档组成的双人boSS战。
据说单从人体表面而论,男性的亏格是9,女性的亏格是10。
你问女性相较男性多出来的那个亏格在哪里?哦,徐林给您建议是实践出真知。
对于一个亏格是g的几何体,其欧拉示性数恰为2-2g。从而我们可以得到亏格修正的欧拉公式为:V-E+F=2-2g。
“哦哦,主λ好厉害!居然还有这样的操作吗?
可是我该怎么做呢?去给那块大圆盘穿个洞吗?”
“单说起来有点麻烦,我估计你也搞不懂这些。小四儿你先把薛渺渺拖住,等我……啊——”
徐林话还没有说完,就和拉普拉斯马一起连人带马地摔在了地上,与谢四的通讯也忽然断了联系。
“系统你tm在搞什么飞机!”
“宿主,你马死了!”