從金字塔說開去……
“這金字塔怎麼會叫‘金’字塔呢?”我放下手裏的書,開始大放厥詞,“說什麼是因為像漢字裏的‘金’,可古埃及人又不認識咱們漢字,人家憑什麼叫‘金’字塔啊?”
“這‘金字塔’的名字是咱們中國人翻譯過來的。”老爸也放下手裏的活計,很認真地回答我的問題,“埃及人叫它pyramids,那是‘高’的意思;而在英語裏,pyramid直接就當‘棱錐’和‘角錐’的意思用。這‘金字塔’的叫法,隻是咱們中國人的形象性說法。”
“‘高’?”我回味著老爸的解釋,又看了看書上的金字塔圖片,不禁感慨,“我倒覺得這個描述更形象,這金字塔還真是一個相當高大壯觀的正四麵體。”
“你這句話裏至少有兩處錯誤―”老爸嚴肅地指出,“第一,這金字塔根本就不是什麼正四麵體……”
“等等等等,我知道錯誤出在哪裏了!”一聽到老爸的重音落在“四”上麵,我馬上就反應了過來,“從數學上說,其實它有五個麵―除了四個三角形的斜麵,還有一個正方形的底麵,所以應該是正五麵體。”
“既然你知道底麵是一個正方形,那就應該知道稱它為正五麵體是錯的。”老爸微微一笑,“凡被稱為‘正’多麵體的,都有一些條件,其中一個就是……”
“組成它的每一個麵都應該是正多邊形。”我馬上插話道,“可這五個麵確實都是正多邊形啊!”
“但這些麵還必須是全等的才行,因而它們肯定具有相同的形狀。”老爸補充道,“金字塔的四個麵是三角形,一個麵是正方形,連形狀都不相同,就更不可能全等了,所以它不能被稱為正五麵體。”
“看來是得改改……要麼都弄成三角形,要麼都弄成正方形,要麼幹脆都換成其他正多邊形。”我思忖道,“等我重新設計一個正五麵體出來。”
“別費勁了。”老爸看我躍躍欲試,連忙阻攔,“正五麵體根本就不存在。”
“不存在?”我的語氣裏充滿疑慮,“這……不大可能吧?”
“確實不存在。”老爸再次確認,“多麵體有無數種,但正多麵體卻隻有五種。這五種分別是:正四麵體、正六麵體、正八麵體、正十二麵體、正二十麵體。”
“真的隻有這五種?”我還是有些懷疑。
“真的。”老爸點點頭,“數學已經證明了。”
“怎麼證明的?”
“這個對你來說就太高深了。”老爸笑笑,“你先接受這個結論就行了。其實自然界的現實也證明了這一點,有些物質的結晶體就是正多麵體形狀,比如食鹽是正六麵體,明礬是正八麵體……還從沒發現過這五種正多麵體之外的正多麵體。”
“就這麼幾個正多麵體,哪夠數學家研究的?”我小聲嘟嚷道。
“照樣可以研究啊。”老爸笑道,“在曆史上人們曾經把這五種正多麵體叫做柏拉頓立體,因為古希臘的畢達哥拉斯學派曾經專門研究過它們,並把研究成果編成教材,在柏拉頓學校教授。”
“不好玩,不過癮。”我還是有些耿耿於懷。
“其實不用正多麵體,就是一般的多麵體,研究起來也挺有意思的。”老爸想要打消我的沮喪。
“比如說?”
“比如說,對於任何一個簡單多麵體來說,它的頂點數、麵數和棱數是有固定關係的。”
“什麼叫簡單多麵體?”我問道。
“這不是一兩句話能說清楚的……就是你常見的那些多麵體吧。”老爸思考了一下解釋道,“像那種把一個長方體上挖去一個洞之類的多麵體就不算簡單多麵體。”
那簡單多麵體的頂點數、麵數和棱數有什麼關係?”
“你隨便研究幾個多麵體看看啊。”老爸啟發道,“比如說一個長方體,它的頂點數是……”
“頂點數是8,麵數是6。”我馬上接道,“棱數嘛,等我數數。……是12!
“多研究幾個多麵體的情況,比如說正四麵體啦,像金字塔那樣的棱錐啦,以及其他各種各樣的多麵體啦。”老爸鄭重說道,“然後找出頂點數、麵數和棱數之間的規律來。”
其實規律很簡單,隻要仔細觀察就能發現―
簡單多麵體的頂點數、麵數及棱數之間有如下關係:
頂點數+麵數-棱數=2,
這個公式被稱為歐拉公式。