正多面体只有正四面体、正八面体、正六面体、正十二面何等和正二十面体五种。
我们现在来证明,最多只有5个正多面体(如图)
至于确有5个正多面体存在,那是早就知道的事(古希腊柏拉图(Plato)时候)。图形以及制造模型方法,可以参看史泰因豪斯(Steinhaus)著《数学万花镜》。①
证明 对于正多面体,假设它的各面都是正n边形,而且每一个顶角处有r个边相遇。这样就有:
nF=2E (1)
rV=2E (2)
(1)的右边系数2是因为每边出现在2面中,(2)的右边系数2是因为每边通过2个顶角。把(1)和(2)代入欧拉公式中,就得到:
或
(3)
显然n≥3,r≥3,因为多边形至少有三边,而在每顶角处也至少有三边。但n>3,且r>3又是不可能的,因为那样就要有 ,可是E>0。所以r和n中至少有一个等于3。
设n=3,那末 ,因此r=3,4,5,由是E=6,12,30,而F=4,8,20,这就给出了正四面体,正八面体和正二十面体。
设r=3,那末 ,因此n=3,4,5,由是E=6,12,30,而F=4,6,12,这就给出了正四面体,正六面体(即立方体)和正十二面体。
需要对称,因为是正x面体
欧拉的那个公式仅是正x面体的必要条件