歐拉公式的證明_歐拉公式推導(dǎo)過(guò)程

　　在任何一個(gè)規(guī)則球面地圖上，用 R記區(qū)域個(gè) 數(shù) ，V記頂點(diǎn)個(gè)數(shù) ，E記邊界個(gè)數(shù)，則 R+ V- E= 2，這就是歐拉定理，它于1640年由Descartes首先給出證明 ，后來(lái) Euler（歐拉）于1752年又獨(dú)立地給出證明，我們稱其為歐拉定理，在國(guó)外也有人稱其為Descartes定理。

　　歐拉公式的證明

　　這三個(gè)公式分別為其省略余項(xiàng)的麥克勞林公式，其中麥克勞林公式為泰勒公式的一種特殊形式，在 的展開(kāi)式中把x換成±ix。

　　所以

　　由此：#FormatImgID_0# ， ，然后采用兩式相加減的方法得到： ， 。這兩個(gè)也叫做歐拉公式。將 中的x取作π就得到：這個(gè)恒等式也叫做歐拉公式，它是數(shù)學(xué)里最令人著迷的一個(gè)公式，它將數(shù)學(xué)里最重要的幾個(gè)數(shù)字聯(lián)系到了一起：兩個(gè)超越數(shù)：自然對(duì)數(shù)的底e，圓周率π；兩個(gè)單位：虛數(shù)單位i和自然數(shù)的單位1；以及被稱為人類偉大發(fā)現(xiàn)之一的0。數(shù)學(xué)家們?cè)u(píng)價(jià)它是“上帝創(chuàng)造的公式”。

　　歐拉公式推導(dǎo)過(guò)程

　　用拓樸學(xué)方法證明歐拉公式

　　嘗歐拉公式：對(duì)于任意多面體（即各面都是平面多邊形并且沒(méi)有洞的立體），假 設(shè)F，E和V分別表示面，棱（或邊），角（或頂）的個(gè)數(shù)，那么F-E+V=2.試一下用拓樸學(xué)方法證明關(guān)于多面體的面、棱、頂點(diǎn)數(shù)的歐拉公式。

　　證明 如圖15（圖是立方體，但證明是一般的，是“拓樸”的）：

　?。?）把多面體（圖中①）看成表面是薄橡皮的中空立體。

　?。?）去掉多面體的一個(gè)面，就可以完全拉開(kāi)鋪在平面上而得到一個(gè)平面中的直線形，像圖中②的樣子。假設(shè)F′，E′和V′分別表示這個(gè)平面圖形的（簡(jiǎn)單）多邊形、邊和頂點(diǎn)的個(gè)數(shù)，我們只須證明F′-E′+V′=1.

　?。?）對(duì)于這個(gè)平面圖形，進(jìn)行三角形分割，也就是說(shuō)，對(duì)于還不是三角形的多邊形陸續(xù)引進(jìn)對(duì)角線，一直到成為一些三角形為止，像圖中③的樣子。每引進(jìn)一條對(duì)角線，F(xiàn)′和E′各增加1，而V′卻不變，所以F′-E′+V′不變。因此當(dāng)完全分割成三角形的時(shí)候，F(xiàn)′-E′+V′的值仍然沒(méi)有變。有些三角形有一邊或兩邊在平面圖形的邊界上。

　?。?）如果某一個(gè)三角形有一邊在邊界上，例如圖④中的△ABC，去掉這個(gè)三角形的不屬于其他三角形的邊，即AC，這樣也就去掉了△ABC.這樣F′和E′各減去1而V′不變，所以F′-E′+V′也沒(méi)有變。

　?。?）如果某一個(gè)三角形有二邊在邊界上，例如圖⑤中的△DEF，去掉這個(gè)三角形的不屬于其他三角形的邊，即DF和EF，這樣就去掉△DEF.這樣F′減去1，E′減去2，V′減去1，因此F′-E′+V′仍沒(méi)有變。

　　（6）這樣繼續(xù)進(jìn)行，直到只剩下一個(gè)三角形為止，像圖中⑥的樣子。這時(shí)F′=1，E′=3，V′=3，因此F′-E′+V′=1-3+3=1.

　　（7）因?yàn)樵瓉?lái)圖形是連在一起的，中間引進(jìn)的各種變化也不破壞這事實(shí)，因此最后圖形還是連在一起的，所以最后不會(huì)是分散在向外的幾個(gè)三角形，像圖中⑦那樣。

　?。?）如果最后是像圖中⑧的樣子，我們可以去掉其中的一個(gè)三角形，也就是去掉1個(gè)三角形，3個(gè)邊和2個(gè)頂點(diǎn)。因此F′-E′+V′仍然沒(méi)有變。

　　即F′-E′+V′=1

　　成立，于是歐拉公式R+ V- E= 2。