导言 你的任务 深入探究 收获检测 相关资源
[返回]

发现“多面体欧拉公式”

  1.全班活动,教师运用现代信息技术以多面体及其欧拉公式的探索为载体,激发学生学习数学的兴趣,培养学生研究性学习

的能力。

  2.让学生了解多面体、简单多面体的概念,自己发现欧拉公式,使学生了解到:欧拉研究多面体用了一种特别方法,即假定

多面体的表面是用橡皮薄膜制作的,如果给它充气,那么它就会连续(不破裂、不粘连)变形,把平面变成了曲面。着重培养学

生发现问题、探究问题和归纳总结的能力。

  3.指导学生叙述欧拉公式,即任何一个简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E之间满足以下特有的规律:V+F-E=2

  4.研讨多面体、简单多面体、凸多面体和正方体之间有什么关系?
证明“多面体欧拉公式”
  1.全班活动,教师以多面体欧拉公式的证明及其应用为载体,让学生再度演练研究性课题的学习、研究过程,培养他们的探

究性学习能力,增强创新能力。

  2.让学生了解欧拉公式的证明过程,使学生明白:任何创新性成果的产生都是以观念和方法的创新为前提的;欧拉公式的发

现与证明就是得益于两大创新,即“把多面体的表面看做用橡皮薄膜制作的”(观念的创新)与“向它们内部充气;将底面剪

掉,然后其余各面拉开铺平”(方法的创新)。

  3.教师用多媒体电脑演示欧拉公式的初步应用:

  分析C的分子结构图;思考是否存在棱数为7的正多面体;为什么只有5种正多面体……指导学生掌握欧拉公式的初步应用。

  4.简单介绍“橡皮几何学”的数学分支——拓扑学,激发学生学习数学的兴趣。

  教师提供选题,学生自主申报课题,学生在教师指导下组成课题组,协作探究“多面体欧拉公式”。

  教师将参考选题(参见本文第二部分“任务”的4个课题)及其有关资料在校园网“多面体欧拉公式的发现”网页发布。学

生自由申报其中的一个课题,教师根据学生申报的具体情况进行必要的协调,并指导学生组成研究小组,分工协作,用两周的课

外时间到图书馆、电子阅览室、校园网和互联网查询有关资料,也可以通过互联网与国内外有关专家、学者、教师和学生等进行

交流,进行协作探究,共同完成学习任务。

  要求每个研究小组在规定的时间内完成,各课题小组将研究取得的收获进行归纳整理、总结提炼,形成书面材料和口头报告

材料,以恰当的方式表达研究成果。成果的具体形式主要有实验报告、调查报告、研究报告和学术论文等。各课题组将研究成果

在教师指导下制成PowerPoint形式的电子文档资料,上传到校园网络中指定的“BBS论坛”处进行展示。
汇报交流
  各小组推荐一人和教师组成“专家评议组”,由组长抽签决定答辩的顺序。各小组选派一名代表向全班汇报研究成果。答

辩时,先由答辩者在规定的时间内介绍本组的工作(包括如何选题、解决问题的基本思路、如何克服困难和如何合作等),再由

答辩者回答“专家”(教师或学生等)或听众就其工作的提问。
如何证明欧拉公式
分析:以四面体ABCD为例。

将它的一个面BCD去掉,再使它变为平面图形,四面体的顶点数V、棱数V与剩下的面数F1变形后都没有变(这里F1=F-1)。

因此,要研究V、E和F的关系,只要去掉一个面,将它变形为平面图形即可。

只需平面图形证明:V+F1-E=1

(1)去掉一条棱,就减少一个面,V+F1-E的值不变。例如去掉BC,就减少一个面ABC。同理,去掉棱CD、BD,也就各减少一个

面ACD、ABD,由于V、F1-E的值都不变,因此V+F1-E的值不变。

(2)再从剩下的树枝形中,去掉一条棱,就减少一个顶点,V+F1-E的值不变。例如去掉CA,就减少一个顶点C。同理去AD就减

少一个顶点D,最后剩下AB。

在以上变化过程中,V+F1-E的值不变,V+F1-E=2-0-1=1,所以 V+F-E= V+F1-E+1=2