Math Labs
Bước 1 trên 6: Đục thủng một mặt và trải khối đa diện phẳng ra
Hiểu nôm na

Bỏ đi một mặt và xem phần bề mặt còn lại như một đĩa tô pô. Ta có thể vẽ lại các đỉnh và cạnh của nó trên mặt phẳng mà không có giao cắt, giữ nguyên quan hệ kề nhau; đây là một phép nhúng phẳng, không phải khẳng định rằng mọi tấm lưới vật lý đều trải phẳng không chồng lấn.

Vgraph=V,Egraph=E,Fgraph=(F−1)+1=FV_{\text{graph}} = V, \quad E_{\text{graph}} = E, \quad F_{\text{graph}} = (F-1) + 1 = F
Một khối lập phương với một mặt được đánh dấu trước khi bỏ đi
Một khối lập phương vẽ trong không gian ba chiều với một mặt vuông được tô đậm, đánh dấu là mặt sẽ bị bỏ đi để phần bề mặt còn lại có thể trải phẳng thành một đồ thị phẳng.
Phân tích chi tiết

Bước đầu tiên biến khối đa diện thành một đồ thị phẳng. Vì đa diện lồi, mặt của nó đồng phôi với mặt cầu S2S^2; bỏ đi một mặt — coi như mặt 'phía sau' — thì phần còn lại về mặt tô pô là một đĩa, có thể duỗi phẳng xuống mặt phẳng. Cụ thể, đặt khối đa diện sao cho mặt được chọn gần một nguồn sáng điểm nhất (hoặc dùng phép chiếu lập thể từ một điểm bên trong mặt đó): các cạnh chiếu thành một phép nhúng phẳng trong đó mọi mặt còn lại trở thành miền bị chặn, còn mặt bị bỏ trở thành miền ngoài, không bị chặn.

Sổ sách là trực tiếp: đỉnh và cạnh được bảo toàn một-một, nên Vgraph=VV_{\text{graph}}=V và Egraph=EE_{\text{graph}}=E; các mặt bị chặn của hình vẽ có F−1F-1 cái, và tính thêm mặt ngoài đưa tổng về đúng FF. Vì thế đại lượng V−E+FV-E+F hoàn toàn không đổi sau khi duỗi phẳng — chứng minh nó cho đồ thị phẳng là chứng minh nó cho khối đa diện.

Đây là lúc giả thiết 'lồi' thực sự được dùng: tính lồi là thứ bảo đảm mặt là một mặt cầu và phép chiếu là một phép nhúng thật sự không có cạnh cắt nhau. Chứng minh này là chứng minh trong Aigner–Ziegler, Proofs from THE BOOK, Ch. 13.

Thuật ngữ trong bước này
Đồ thị phẳng
Một đồ thị (các đỉnh nối với nhau bởi các cạnh) có thể vẽ trên mặt phẳng sao cho không có hai cạnh nào cắt nhau.
Kiểu tô pô mặt cầu
Một bề mặt có thể kéo giãn và biến dạng liên tục (không cắt, không dán) thành một mặt cầu tròn thông thường; bề mặt khối lập phương thỏa điều kiện này, còn bề mặt chiếc bánh donut thì không.
Kiến thức dùng ở bước này
Lỗi hay gặp. Bước trải phẳng này cần bề mặt của khối đa diện có kiểu tô pô của mặt cầu. Với một khối đa diện có lỗ xuyên qua — ví dụ kinh điển "khung tranh" của Lakatos — bỏ đi một mặt để lại một bề mặt không thể trải phẳng mà không có cạnh nào cắt nhau, và quả thật V−E+F=0V - E + F = 0 với hình đó, chứ không phải 22.