ざっくり言うと
一つの面を取り除き、残りの表面を位相的な円板とみなす。その頂点と辺の接続関係を保ったまま、交差なしに平面へ描き直せる。これは平面埋め込みであり、すべての物理的な展開図を重なりなく平らに置けるという主張ではない。
最初の一手は多面体を平面グラフに変換することである。多面体は凸なので、その表面は球面 に同相であり、一つの面——「裏側」の面と考える——を取り除くと、残りの表面は位相的に円板となり、平面に平らに伸ばせる。具体的には、選んだ面が点光源に最も近くなるように多面体を置く(あるいはその面の内部の点から立体射影する)と、辺は平面への埋め込みに射影され、他のすべての面は有界領域となり、取り除いた面は外側の非有界領域となる。
数の帳簿は直ちにつく。頂点と辺は一対一に保存されるので 、。描かれた有界な面は 個で、外側の面を数えると合計は に戻る。ゆえに量 は平準化によって文字どおり不変であり、平面グラフについてそれを証明することは多面体についてそれを証明することになる。
ここが「凸」という仮定が実際に使われる瞬間である。凸性が、表面が球面であり射影が辺の交差のない真の埋め込みであることを保証するのである。この証明は Aigner–Ziegler『天書の証明』第13章に与えられているものである。
- 平面グラフ
- 平面上に、どの二本の辺も交差しないように描くことができるグラフ(頂点を辺でつないだもの)のこと。
- 位相的な球面
- (切ったり貼ったりせずに)連続的に伸縮・変形させて普通の丸い球面にできる曲面のこと。立方体の表面はこれに該当するが、ドーナツの表面は該当しない。
よくある間違い. この平らに広げる操作には、多面体の表面が位相的に球面であることが必要である。穴が貫通した多面体——ラカトシュの有名な「額縁」の反例——では、面を一つ取り除いても辺が交差せずに平らに広げられる表面は残らず、実際その形では であり、 ではない。