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第 1/6 步:在一个面上开口,把多面体铺平到平面上
通俗地说

去掉一个面,把剩余表面看作拓扑圆盘。可以在保持顶点和边关联关系的同时,把它无交叉地重新画在平面上;这指的是平面嵌入,并不是说每个实体展开图都能无重叠地铺平。

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
去掉之前标出一个面的立方体
以三维方式画出的立方体,其中一个正方形面被涂色,标示为将要被去掉、以便其余表面能铺平成平面图的那个面。
详细分析

第一步把多面体转化为平面图。由于多面体是凸的,其表面同胚于球面 S2S^2;去掉一个面——把它想成“背面”——剩下的曲面在拓扑上是一个圆盘,可以摊平到平面上。具体地,把多面体摆成所选面最接近一个点光源的位置(或从该面内部一点作球极投影):各条棱投影成平面嵌入,其余面都成为有界区域,被去掉的面成为外部的无界区域。

计数是直接的:顶点和棱一一对应地保留,故 Vgraph=VV_{\text{graph}}=V、Egraph=EE_{\text{graph}}=E;图形中的有界面共 F−1F-1 个,把外面也计入则总数回到 FF。因此量 V−E+FV-E+F 在摊平之后字面上不变——对平面图证明它就等于对多面体证明了它。

这正是“凸”这一假设真正被用到的时刻:凸性保证表面是球面、投影是真正没有棱交叉的嵌入。这里给出的是 Aigner–Ziegler《来自THE BOOK的证明》第13章中的那个证明。

本步骤中的术语
平面图
可以画在平面上、且没有任何两条边相交的图(由若干顶点通过边相连而成)。
拓扑球面
可以不经过剪切或粘合、连续拉伸变形成普通圆球面的曲面;立方体的表面符合这个条件,而甜甜圈的表面则不符合。
本步骤用到的知识
常见错误. 这一铺平步骤需要多面体的表面在拓扑上是球面。对于中间有一个洞的多面体——拉卡托斯著名的'画框'反例——去掉一个面之后剩下的表面无法在不产生边交叉的情况下铺平,而且这种形状确实有 V−E+F=0V - E + F = 0,而不是 22。