Qual é o número de faces de um poliedro convexo que possui?

Como saber o número de faces de um poliedro?

Relação de Euler

  1. A relação de Euler é uma fórmula matemática que relaciona os números de vértices, arestas e faces de um poliedro convexo. ...
  2. V – A + F = 2.
  3. Onde V é o número de vértices, A é o número de arestas e F é o número de faces do poliedro.

Como calcular o número de vertices de um poliedro?

Exemplo: Um poliedro tem 6 faces e 12 arestas.

  1. V = 2 - F + E.
  2. V = 2 - 6 + 12.
  3. V = -4 + 12.
  4. V = 8.

Qual é o número de faces de um poliedro convexo de?

32

Qual é o número de faces de um poliedro convexo que possui 10 vertices?

Resposta. Olá. F = 2 + 5 = 7 faces possue esse poliedro convexo. Lembra-se que a relação de Euler é muito essencial para o estudo dos sólidos geométricos.

Quantas faces arestas e vértices possui um poliedro chamado Hexaedro?

O Hexaedro é o poliedro conhecido por ter 6 faces quadrangulares. Cada quadrado possui 4 vértices que recebem 3 arestas cada um.

Quais são os elementos de um poliedro convexo?

Elementos de um poliedro

  • Faces: São formadas por planos. Em um poliedro, duas faces nunca estão no mesmo plano, mas estão no mesmo espaço. ...
  • Arestas: São os segmentos de reta provenientes do encontro entre duas faces. Uma aresta pertence apenas a duas faces distintas. ...
  • Vértices: São os pontos de encontro das arestas.

Qual é o nome do polígono que tem 3 lados 3 ângulos e 3 vértices?

Triângulos

Eduardo Wagner
Comit� Editorial da RPM

Em todo poliedro convexo com  V  v�rtices,  A  arestas e  F  faces, vale a rela��o 

.  Este � o Teorema de Euler para poliedros. A simplicidade do enunciado, a sua generalidade e a facilidade de ilustr�-lo com belos desenhos o tornam atraente, ou mesmo fascinante, para o estudante. Ao longo da hist�ria (o teorema foi descoberto em 1758), diversas demonstra��es apareceram, mas nem todas corretas ou completas.

Na RPM 03, num artigo do Prof. Zoroastro Azambuja Filho, encontra-se uma demonstra��o elementar e muito bonita do teorema; o leitor pode ver tamb�m a mesma id�ia na demonstra��o que se encontra no volume 2 do livro Matem�tica do ensino m�dio, publicado pela SBM.

A pergunta natural que se imp�e � a seguinte: dados tr�s n�meros naturais  V,  A  e  F  tais que  

,  existe sempre um poliedro convexo com  V  v�rtices,  A  arestas e  F  faces? A resposta � gritantemente n�o. Por exemplo,  V = 7,  A = 9  e  F = 4  satisfazem a rela��o de Euler 
,  mas n�o s�o n�meros de nenhum poliedro, uma vez que com 4 faces s� existe o tetraedro, que tem 4 v�rtices e 6 arestas.

Portanto, que condi��es os n�meros  V,  A  e  F  devem satisfazer, al�m da rela��o de Euler, para que possamos garantir a exist�ncia de um poliedro com esses n�meros de v�rtices, arestas e faces? Obter a resposta para essa pergunta � o objetivo deste artigo.
 

Imagine um poliedro (ver a defini��o no Ap�ndice)  P  com todas as suas faces triangulares (como o tetraedro, por exemplo). Nesse caso,     3F = 2A,  uma vez que cada aresta � lado de exatamente duas faces. Entretanto, se  P  possui alguma face n�o triangular, ent�o 3F < 2A.

� portanto condi��o necess�ria que 

.                    (1)

Imagine agora que, no poliedro P, cada v�rtice seja ponto comum a tr�s arestas (como no cubo, por exemplo). Nesse caso, 3V = 2A,  pois, contando as arestas que incidem em cada v�rtice, teremos contado cada uma duas vezes. Entretanto, se  P  possui algum v�rtice onde incidem mais de 3 arestas, teremos 3V < 2A.

� portanto condi��o necess�ria que

.                     (2)

Se  P  � convexo, ent�o 

  ou 
  e, usando (1),  obtemos 
 ou seja, 
  Usando  (2),  obtemos 

Portanto, para a exist�ncia de um poliedro convexo com  V  v�rtices,  A  arestas e  F  faces, � necess�rio que, al�m da rela��o de Euler, e de que

,  tenhamos: 
  e 

Se o n�mero de arestas � pequeno, podemos facilmente investigar o aspecto de alguns poliedros. Por exemplo: Como s�o os poliedros que possuem  10  arestas?

Considerando as condi��es que acabamos de estabelecer, se A = 10, devemos ter 

  e 
.

Logo,  F = 6  e  V = 6.  Veja como eles s�o:

O primeiro � uma pir�mide pentagonal e o segundo possui duas faces quadrangulares e quatro faces triangulares.

Observe que n�o podemos construir um poliedro, com as caracter�sticas estabelecidas, somente com faces triangulares. Como vimos antes, se um poliedro possui apenas faces triangulares, ent�o  3F = 2A,  o que n�o ocorre aqui.

Vamos prosseguir para encontrar condi��es suficientes para a exist�ncia de um poliedro convexo com  V  v�rtices,  A  arestas e  F  faces.

Representaremos por  (V, A, F)  qualquer um dos poliedros da fam�lia de todos os poliedros que possuem  V  v�rtices,  A  arestas e  F  faces. Por exemplo,  (6, 10, 6)  representa qualquer um dos dois poliedros que est�o ilustrados na figura anterior.  

Existe um poliedro convexo com V v�rtices, A arestas e F  faces se, e somente se:

i)  

ii)  

iii) 

iv) 

Prova: Inicialmente observamos que as condi��es  i)  e  iv)  podem ser obtidas  de  ii)  e  iii);  logo, n�o seria necess�rio escrev�-las, mas optamos por faz�-lo para maior clareza.

J� vimos que as condi��es s�o necess�rias. Vamos ent�o provar a sufici�ncia.

a)Inicialmente, definimos os poliedros (fam�lias) que chamaremos de primitivos. S�o os seguintes:

(4, 6, 4): o tetraedro,

(5, 8, 5):    a pir�mide de base quadrangular,

(6, 10, 6):  os poliedros que ilustramos na p�gina anterior.

b)  Vamos agora definir duas transforma��es a serem aplicadas nos poliedros primitivos:

A transforma��o denotada por  (2, 3, 1)  acrescenta a um poliedro dois v�rtices, tr�s arestas e uma face. Ela � realizada ajustando as arestas que incidem em um v�rtice, acrescentando uma nova face triangular como mostra a figura a seguir. As arestas e os v�rtices novos est�o em negrito.

A transforma��o denotada por  (1, 3, 2)  acrescenta a um poliedro um v�rtice, tr�s arestas e duas faces. Ela � realizada, introduzindo duas faces triangulares novas a partir de duas arestas adjacentes de uma face do poliedro. As arestas novas e o v�rtice novo est�o em negrito.

A id�ia dessas transforma��es deve-se a Edward Bender, da Universidade da Calif�rnia, que as publicou no artigo �The number of three dimensional convex polyhedra�, da American Mathematical Monthly, volume 94, January, 1987. Washington, D.C.

Os poliedros primitivos satisfazem as condi��es  i)  a  iv)  e, aplicando-se a eles qualquer n�mero de transforma��es  (1, 3, 2)  ou           (2, 3, 1),  continuamos obtendo poliedros que satisfazem essas condi��es. Por exemplo, se aplicarmos  x  vezes a transforma��o  (1, 3, 2)  ao poliedro  (4, 6, 4),  obtemos o poliedro

,  que claramente satisfaz a condi��o  i);

satisfaz  ii), pois  4 + x � 6 � 3x + 4 + 2x = 2;

satisfaz  iii), pois 

;

satisfaz  iv), pois 

.

Um trabalho an�logo mostra que os tr�s poliedros primitivos submetidos �s transforma��es  (1, 3, 2)  e  (2, 3, 1)  conservam as condi��es i)  a  iv).

A parte final vem a seguir, onde mostraremos que se  V,  A,  e  F  satisfazem  as condi��es  i)  a  iv),  existe  um  poliedro  com  esses n�meros de v�rtices, arestas e faces.

c)Dado  (V, A, F),  satisfazendo i)  a  iv),  existem inteiros n�o negativos  x  e  y  e existe um poliedro primitivo 

  tais que

, ou seja,  (V, A, F)  pode ser constru�do a partir de um dos poliedros primitivos.

Para provar isso, observe inicialmente o n�mero de arestas dos poliedros primitivos. No primeiro, o n�mero de arestas � m�ltiplo de  3,  no segundo, deixa resto  2  quando dividido por  3  e, no terceiro, deixa resto  1 quando dividido por  3. Veja tamb�m que, para quaisquer  x  e  y,  o n�mero  A  permanece inalterado (m�dulo 3),  ou seja, seu resto na divis�o por  3  permanece o mesmo.

Suponhamos que  A

0 (mod 3),  ou seja,  A  � divis�vel por  3.

Nesse caso, mostraremos que existem inteiros n�o negativos  x  e  y  tais que

,

o que � equivalente ao sistema:

Se  x  e  y  satisfazem a primeira e a terceira equa��es, ent�o tamb�m satisfazem a segunda, uma vez que somando a primeira e a terceira equa��es obtemos, usando a rela��o de Euler,

Devemos ainda mostrar que as solu��es  x  e  y  do sistema

Vamos provar que  x  � inteiro:

Como estamos no caso A

0 (mod 3), temos A + 2
2 (mod 3) ou  2(A + 2)
1 (mod 3).

Como  3V

0 (mod 3)  e  4
1 (mod 3), temos

2F

V
4 = 2F + 2V
3V
4 = 2(A + 2)
3V
4
 
= 0(mod3).

Assim, 

  � divis�vel por  3,  o que mostra que  x  � inteiro.

Da mesma forma, mostra-se que  y  � inteiro.

Com procedimento an�logo mostra-se que, se  A

1 (mod 3),  conseguimos encontrar  x  e  y  inteiros tais que:

e que, se  A � 2 (mod 3),  conseguimos encontrar  x  e  y  inteiros positivos tais que

.  A primeira igualdade decorre da rela��o de Euler e a segunda da hip�tese iii). Portanto,  x  n�o � negativo e, da mesma forma, mostra-se que  y  tamb�m n�o � negativo, completando a demonstra��o.

NOTA DA RPM: A id�ia deste artigo foi inicialmente apresentada pela professora Silvana L. Vincenzi Bortolotti � CEFET � Medianeira � PR, que enviou � RPM uma proposta de artigo tratando do assunto. Agradecemos a ela o interesse pela RPM e por ter chamado nossa aten��o sobre o tema.


O que significa a palavra poliedro neste artigo

Poliedro pode ser definido com diferentes n�veis de generalidade. Como estamos interessados aqui na rela��o de Euler, vamos inicialmente definir poliedros convexos, para os quais a rela��o vale.

Um poliedro convexo � uma reuni�o de um n�mero finito de pol�gonos planos de modo que:

a)      Cada lado de um pol�gono � tamb�m lado de um, e apenas um, outro pol�gono.

b)      O plano que cont�m um desses pol�gonos deixa todos os outros em um mesmo lado.

Cada pol�gono � denominado face do poliedro, cada lado comum a dois desses pol�gonos � uma aresta do poliedro e cada v�rtice de um desses pol�gonos � tamb�m v�rtice do poliedro.

� verdade que todo poliedro convexo satisfaz a rela��o de Euler, mas � f�cil achar exemplos de poliedros n�o convexos para os quais ela ainda vale, como o poliedro  P,  na  figura a seguir. Observe agora o poliedro 

 � direita.

Diremos que os poliedros P e

 s�o equivalentes. O poliedro  P  n�o � convexo, mas 
  � convexo. A id�ia que vem a seguir � a de transformar um poliedro em outro, de forma suave. A defini��o (nada formal) � a seguinte:

Dois poliedros s�o equivalentes se existe uma deforma��o cont�nua que transforma qualquer um deles no outro.

No caso dos poliedros  P  e 

  acima, a deforma��o consiste em �puxar� o v�rtice da pir�mide interior para fora.

Com essa ferramenta, podemos modificar a forma de um poliedro como se ele fosse de borracha, sem nos preocuparmos se as faces s�o planas ou se as arestas s�o retas.

Em todo o artigo, a palavra poliedro designa um objeto que � equivalente a um poliedro convexo. Isso permite ler a demonstra��o sem a preocupa��o da convexidade a cada instante.

No livro Meu professor de Matem�tica, do prof. Elon Lages Lima, o leitor encontrar� material interessant�ssimo sobre poliedros, sua hist�ria, a dificuldade em conseguir uma defini��o e duas demonstra��es do teorema de Euler.

Refer�ncia bibliogr�fica:

BENDER, E. A. The number of three dimensional convex polyhedra. The American Mathematical Monthly, volume 94, number 1, January, 1987. Washington, D.C.

Qual é o número de faces de um poliedro convexo?

O número de faces de um poliedro convexo de 22 arestas é igual ao número de vértices.

Quantas faces possui um poliedro convexo que tem 34 arestas sabendo que o número de faces é igual ao número de vértices?

Gabarito: letra D. O número de faces de um poliedro convexo que possui 34 arestas é igual ao número de vértices. Quantas faces possui esse poliedro? O poliedro possui 18 faces.

Qual o número de arestas de um poliedro convexo que tem 6 faces é 8 vértices?

Resposta verificada por especialistas. O número de arestas desse poliedro é 12. Observe o que diz a Relação de Euler: A soma entre a quantidade de vértices e a quantidade de faces de um poliedro é igual à quantidade de arestas mais dois.

Qual é o número de faces de um poliedro convexo que tem 9 arestas é 6 vértices?

Determine o número de faces em um poliedro com 9 arestas e 6 vértices. Resposta correta: 5 faces.

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