柏拉图立体欧拉公式交互演示

柏拉图立体欧拉公式交互演示
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2020-11-13 04:29
该范例通过三维动态交互,直观演示了欧拉公式 V - E + F = 2 在五种正多面体(柏拉图立体)中的成立情况。核心数学概念包括多面体的顶点数、棱数、面数关系,以及正多面体的对称性与几何性质。作图要点:利用 GeoGebra 的 Tetrahedron、Cube、Octahedron、Dodecahedron、Icosahedron 命令直接构造五种正多面体,并通过 Random、Rotate、Sequence、Midpoint、Polygon、Segment 等命令生成辅助元素和动态旋转效果;使用 Textfield 和 If 命令实现交互输入与条件判断,动态显示各多面体的顶点数、棱数和面数,并验证欧拉公式。适合中学高年级至大学低年级学生学习立体几何、图论初步或数学证明时使用,也可作为教师课堂演示的直观教具。

GeoGebra 命令及参数

  1. Random(1, 5) → n
  2. Vector(C, Z) → w
  3. Vector(C, Y) → v
  4. Vector(C, X) → u
  5. Rotate(w, β) → w'
  6. Rotate(v, β) → v'
  7. Rotate(u, β) → u'
  8. Random(3, 10) → Sides
  9. Sequence(A + ((R * cos(((i * 360) * ° / Sides))) * u') + ((R * sin(((i * 360) * ° / Sides))) * v') + (h / 2 * w'), i, 1, Sides) → liste1
  10. Sequence(A + ((R * cos(((i * 360) * ° / Sides))) * u') + ((R * sin(((i * 360) * ° / Sides))) * v') - (h / 2 * w'), i, 1, Sides) → liste2
  11. Sequence(A + ((R * cos(((i * 360) * ° / Sides))) * u') + ((R * sin(((i * 360) * ° / Sides))) * v') + (h / 2 * w'), i, 1, Sides) → liste3
  12. Sequence(A + ((R * cos(((i * 360) * ° / Sides))) * u') + ((R * sin(((i * 360) * ° / Sides))) * v') - (h / 2 * w'), i, 1, Sides) → liste4
  13. Join({liste1, First[liste1]}) → liste5
  14. Join({liste2, First[liste2]}) → liste6
  15. Join({liste3, First[liste3]}) → liste7
  16. Join({liste4, First[liste4]}) → liste8
  17. Sequence(If[Angle[Element[liste5, i], Element[liste6, i], Element[liste6, i + 1]] < 180°, Polygon[Element[liste5, i], Element[liste5, i + 1], Element[liste6, i + 1], Element[liste6, i]]], i, 1, Sides) → liste9
  18. Sequence(If[Angle[Element[liste5, i], Element[liste5, i + 1], Element[liste7, i + 1]] < 180°, Polygon[Element[liste5, i], Element[liste5, i + 1], Element[liste7, i + 1], Element[liste7, i]]], i, 1, Sides) → liste10
  19. Sequence(If[Angle[Element[liste8, i], Element[liste8, i + 1], Element[liste6, i + 1]] < 180°, Polygon[Element[liste6, i], Element[liste6, i + 1], Element[liste8, i + 1], Element[liste8, i]]], i, 1, Sides) → liste11
  20. Sequence(If[Angle[Element[liste7, i], Element[liste7, i + 1], Element[liste8, i + 1]] < 180°, Polygon[Element[liste8, i], Element[liste8, i + 1], Element[liste7, i + 1], Element[liste7, i]]], i, 1, Sides) → liste12
  21. Midpoint(A, B) → I
  22. CurveCartesian(x(I + ((2 * cos(i)) * u) + ((2 * sin(i)) * v)), y(I + ((2 * cos(i)) * u) + ((2 * sin(i)) * v)), i, -0.5235987755982988, 0.5235987755982988) → c
  23. Polygon(liste1) → poly1
  24. Polygon(liste2) → poly2
  25. Polygon(liste2) → poly3
  26. Polygon(liste1) → poly4
  27. Sequence(If[Angle[Element[liste5, i], Element[liste6, i], Element[liste6, i + 1]] < 180°, Polygon[Element[liste5, i], Element[liste5, i + 1], Element[liste6, i + 1], Element[liste6, i]]], i, 1, Sides) → liste13
  28. Midpoint(L, D) → N
  29. Midpoint(D, M) → O
  30. Vector(D, O) → z
  31. Vector(D, Q + (0.25 * u)) → b
  32. Midpoint(D, Q) → S
  33. Polygon(View3D, AA, BB, CC) → poly5, view3d, aa, bb, cc
  34. Textfield(Faces) → ChampTexte1
  35. Textfield(Sommets) → ChampTexte2
  36. Textfield(Aretes) → ChampTexte3
  37. If(n ≟ 1, 4, If[n ≟ 2, 6, If[n ≟ 3, 8, If[n ≟ 4, 12, 20]]]) → Rep1
  38. If(n ≟ 1, 4, If[n ≟ 2, 8, If[n ≟ 3, 6, If[n ≟ 4, 20, 12]]]) → Rep2
  39. If(n ≟ 1, 6, If[n ≟ 2, 12, If[n ≟ 3, 12, If[n ≟ 4, 30, 30]]]) → Rep3
  40. Polygon(T, U, V, W) → poly6, t, u_1, v_1, w_1
  41. Point(t) → A_1
  42. Point(v_1) → B_1
  43. Segment(A_1, B_1) → f
  44. Point(t) → C_1
  45. Segment(C_1, D_1) → g
  46. Point(w_1) → E_1
  47. Point(u_1) → F_1
  48. Segment(E_1, F_1) → i
  49. Polygon(G_1, H_1, 3, xOyPlane) → poly7, j, k, l, I_1
  50. Tetrahedron(poly7, true) → m, J_1, face3, face1, face2, arête2, arête3, arête1
  51. Polygon(L_1, K_1, 4, xOyPlane) → poly8, p, q, r, s, M_1, N_1
  52. Cube(poly8, true) → o, O_1, arête5, arête7, arête9, arête8, arête4, arête10, arête6, arête11, P_1, Q_1, R_1, face6, face4, face5, face7, face8
  53. Polygon(T_1, S_1, 3, xOyPlane) → poly9, f_1, g_1, h_1, U_1
  54. Octahedron(poly9, true) → a_1, V_1, face15, arête13, arête17, arête12, arête19, arête14, arête15, arête18, arête16, arête20, W_1, Z_1, face10, face11, face9, face13, face12, face14
  55. Polygon(A_2, B_2, 5, xOyPlane) → poly10, i_1, j_1, k_1, l_1, m_1, C_2, D_2, E_2
  56. Dodecahedron(poly10, true) → b_1, F_2, O_2, P_2, Q_2, R_2, S_2, T_2, face17, face16, face18, face19, G_2, face20, face24, face25, face21, face22, face23, face26, arête21, arête25, arête33, H_2, arête35, arête34, arête26, arête22, arête27, arête28, arête23, arête29, arête30, arête24, I_2, arête31, arête32, arête39, arête45, arête40, arête42, arête36, arête41, arête37, arête43, J_2, arête38, arête44, K_2, L_2, M_2, N_2
  57. Polygon(U_2, V_2, 3, xOyPlane) → poly11, n_1, p_1, q_1, W_2
  58. Icosahedron(poly11, true) → c_1, Z_2, face28, face30, face29, face27, face32, face33, face31, face34, face35, face38, A_3, face39, face44, face41, face43, face45, face42, face40, face37, face36, arête47, B_3, arête53, arête48, arête61, arête46, arête55, arête49, arête51, arête56, arête50, arête58, C_3, arête52, arête54, arête59, arête62, arête60, arête67, arête68, arête69, arête72, arête63, D_3, arête70, arête66, arête71, arête65, arête64, arête57, E_3, F_3, G_3, H_3

AI 绘图提示语参考

绘制五种柏拉图立体(四面体、立方体、八面体、十二面体和二十面体),展示每个立体的顶点、边和面数量,并验证欧拉公式V-E+F=2。使用滑块选择不同的立体,动态显示每个立体的顶点、边和面的数量,并通过颜色区分不同的面。立体应采用透视投影,并标注关键顶点和边。
以上提示语为根据原始绘图命令整理而来,仅供参考。