$V - A + F = 2$ e a bola de futebol
Em 1750, numa carta ao matemático Christian Goldbach, Euler anotou uma relação entre o número de vértices ($V$), arestas ($A$) e faces ($F$) de um poliedro convexo:
Gire os poliedros com o dedo ou o mouse e confira a conta:
Confira nos cinco poliedros regulares:
| Poliedro | $V$ | $A$ | $F$ | $V - A + F$ |
|---|---|---|---|---|
| Tetraedro | 4 | 6 | 4 | 2 |
| Cubo | 8 | 12 | 6 | 2 |
| Octaedro | 6 | 12 | 8 | 2 |
| Dodecaedro | 20 | 30 | 12 | 2 |
| Icosaedro | 12 | 30 | 20 | 2 |
A fórmula permite deduzir coisas surpreendentes. Pense numa bola costurada com $p$ pentágonos e $h$ hexágonos, em que cada vértice é encontro de exatamente três faces, como na bola de futebol clássica. Quantos pentágonos ela precisa ter?
- Faces: $F = p + h$.
- Arestas: cada pentágono tem 5 lados, cada hexágono tem 6, e cada aresta é compartilhada por duas faces. Então $A = \frac{5p + 6h}{2}$.
- Vértices: cada vértice é compartilhado por três faces. Então $V = \frac{5p + 6h}{3}$.
Substituindo em $V - A + F = 2$ e multiplicando tudo por 6:
O número de hexágonos sumiu da conta! Toda bola desse tipo tem exatamente 12 pentágonos, não importa quantos hexágonos tenha. A bola de futebol clássica tem 12 pentágonos e 20 hexágonos ($V = 60$, $A = 90$, $F = 32$, e $60 - 90 + 32 = 2$). A mesma conta vale para as moléculas de fulereno, como a $C_{60}$.
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