单词 | 为什么多边形的外角和都等于一个圆周角 |
释义 | 为什么多边形的外角和都等于一个圆周角 由三角形的内角和都是180°或π,很容易知道,平面上一般n边形的内角和等于(n-2)π。这一点,只需要将多边形从一个顶点出发依次将其切分为n-2个三角形即可证明。这个结论依赖于边数n。一个更一般且更本质的结果是:任何凸n边形(每个内角都小于180°的多边形)的外角和都是360°。这是一个不依赖于边数n的不变量,体现了数学的常数美和统一性。其证明也非常简单。任何一个凸n边形都有n个内角、n个外角,每一个内角及其相关外角之和正好等于1个平角。所以,凸n边形所有n个内角、n个外角之和为n个平角nπ,又已知n个内角之和为(n-2)π,因此n个外角之和必为2π。需要注意的是:对于凹的多边形,要使结论仍成立,某些外角必须被定义成负的。 为什么说n边形的外角和等于2π是一个更本质的结果呢?我们换一个角度对此做一个解释。让一条直线贴着多边形的边逆时针转动,遇到角时就从一边转这个角到另一边,这样,该直线转过的角度就是这个角的外角。如果让这条直线绕多边形的边转一周,再回到起始位置,则该直线所转过的角度,就是多边形的外角和2π。现在让圆周的切线绕该圆周转一周,回到起始位置,立即可以发现,该切线所转过的角度也是2π。这并非巧合,事实上,在平面上任意画一条分段光滑不自交的闭曲线,这条曲线的切线绕曲线一周(遇到顶角就转过顶角),其改变的角度同样也是2π。这显示了这种曲线的内在性质,凸多边形只是其中的一个特例而已。 曲线的切线在一点附近移动单位长度,其所改变的角度大小,描述了曲线在该点附近的弯曲程度:角度越大,曲线越弯曲,反之则较平坦。曲线在这一点处的弯曲程度,称为曲线在该点的曲率。上面的结论说明分段光滑不自交闭曲线各点处的曲率之“和”,再加上转角处的外角和,等于2π。当然由于曲线上的点多到无法数清,这里的曲率之和不再是通常意义上的求和,要用微积分理论里的积分来表示。对曲面上的曲线,也有类似的结论。由于曲面也是弯曲的,曲面也有曲率,我们不但要考虑曲线的曲率,还要考虑曲面的曲率,这就是微分几何里著名的高斯-博内定理。值得一提的是,著名的华人数学家陈省身先生证明了高维的高斯-博内定理,构造了现今普遍使用的“陈示性类”,为现代整体微分几何奠定了基础,成为一代微分几何大师。(张文俊) 外角角度等于直线从一边绕角转到另一边的角度,在曲线上相当于切线转过的角度 【微问题】你能否给出欧拉公式的严格证明? 【关键词】正多面体 欧拉公式 |
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