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243.破解极致多面体

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  ※243.破解极致多面体

  康威(John Horton Conway,1937—)文森(Jade P.Vinson,1976—)

  1999年

  上图—南极冰穴的孔洞和隧道会让人联想到极致多面体华丽、多孔的构造。当然啦,极致多面体的隧道必须留在多面体内,而且每一个隧道的平滑壁面,也都必须至少形成一个多边形的外观。下图—用三角形短棒插过立方体的示意图。

  柏拉图正多面体(约公元前350年),阿基米德不完全正多面体(约公元前240年),欧拉多面体方程式(1751年),鲁珀特王子的谜题(1816年),环游世界游戏(1857年),皮克定理(1899年),巨蛋穹顶(1922年),塞萨多面体(1949年),西拉夕多面体(1977年)及连续三角螺旋(1979年)

  一般认知的多面体是由多边形沿边相连所集合成的立体。所谓极致多面体(holyhedron)则是指每一面都至少有一个多边形孔洞的多面体,而且这些孔洞不但彼此的边界都不相连,也不会接触到多面体每一面的边界。譬如以一个六面的立方体为例,如果从其中一面贯穿一根五边形的短棒到相对的那一面、制造出一个五边形的隧道后,我们现在就创造出一个总计十一面的立体(原先立方体的六个面再加上隧道外围的五个面),不过,其中只有两个面上有穿孔而已。只要继续依样画葫芦地在立方体上打洞,我们就会创造出越来越多的面。不消说,最大的挑战,就是在更多的面上打洞,打到多面体上的每一面都有孔洞,最终形成极致多面体。

  极致多面体最早是由普林斯顿的数学家康威在20世纪90年代所提出的构想,康威除了提供一万美元的奖金给任何一位能找到这个物体的人士,还规定最终的获奖金额,是一万美元除以这个物体上总面数的结果。威尔森(David W.Wilson)随后在1997年直接改用极致多面体一词,指称这个到处都是洞的多面体。

  后来,美国数学家文森终于在1999年找到世上第一个极致多面体的样本,共有78585627面(显然文森最后能领到的奖金真是少得可怜)!2003年,计算机绘图专家哈奇(Don Hatch)找到一个总面数为492的极致多面体,截至目前为止,后续的搜寻工作仍在进行中。 数学之书:数学史上250个里程碑式的发现

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