什麼叫正多面體,正多面體的意思就是,
每個面是完全相同的正多邊形,
而正多邊形每條邊都相同。
正多邊形可以有
正三角形、
正四邊形、
正五邊形、
正六邊形……
這麼多正多邊形要組成一個立體的話,可以構成幾個?
柏拉圖學派證明了有且只有五個
我們可以做一個不太嚴格的證明。
要構成一個立體角,就要求構成這些立體角的各個面的角度加起來必須小於360度,等於都不行。
正多邊形邊越多,內角就越大,
正三角形的內角度是60度,
正四邊形是90度,
正五邊形108度,
正六邊形是120度。
構成一個立體角至少需要三條稜,如果是120度的話,乘以3就360度了,
所以,正六邊形就不能構成一個立體角。
換而言之,正多面體只能由正三角形、正四邊形和正五邊形這三種正多邊形構成。
如果用正三角形的話,
每個角60度,
可以有3條稜、4條稜、5條稜三種可能,
分別可以構成正四面體、正八面體和正二十面體。
6條稜就不行了。
正四邊形每個角90度,只有3條稜一種可能性,可以構成正方體。
正五邊形每個角108度,只有3條稜一種可能性,可以構成正十二面體。
所有可能的結果加起來就是,正多面體有且只有五個。
柏拉圖學派認為,正多面體是多面體中最美妙的,因為它的每條邊一樣長,每個面一樣大,可是,它居然就只有五個。
對數字非常敏感的畢達哥拉斯主義學派來説,這個數字五就必然很有説道。怎麼就這麼巧,正多面體有且只有五個呢?
哥白尼體系提出來以後,太陽成了宇宙的中心,圍繞太陽旋轉的行星成了六個,分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星。
開普勒是當時著名的哥白尼主義者,
也是個狂熱的畢達哥拉斯主義者。
於是他就琢磨,行星有六個,正多面體有五個,要説它們之間毫無聯繫怎麼可能呢?
於是,他就拼命地去琢磨這六個行星的軌道。琢磨來琢磨去,終於有一天他琢磨出來了。
通過五個正多面體,
進行內切和外接的嵌套,
可以產生六個球,
這些球的大小正好符合六個行星的軌道尺寸。
他想出來以後,特別興奮,有一種發現了世界秘密的感覺,於是寫了一本書,叫《宇宙的奧秘》。
那本書問世以後,被另外一個天文學家第谷看到了。
第谷發現,這個人的數學功底真不錯,就決定收他為徒。
第谷本人不是數學家,
但是他有很多重大天文發現和系統而精確的天文記錄,
特別是,他有非常完整的火星位置數據。
開普勒繼承了第谷的數據,在此基礎上最終發現了行星運動的三定律。
開普勒三定律直接導向了牛頓的萬有引力定律,是天文學史上一個非常偉大的發現。
五個多面體這個概念
引發了很多問題
激勵了很多研究活動
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