UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

Instituto de Geociências e Ciências Exatas

Campus de Rio Claro

Algumas Observações sobre a
Característica de Euler: Uma

Introdução de Elementos da História
da Matemática no Ensino Médio.

Mônica de Cássia Siqueira Martines

Orientador: Prof. Dr. Sergio Roberto Nobre

Dissertação de Mestrado elaborada junto ao Programa de Pós-Graduação em Edu-

cação Matemática Área de Concentração em Ensino e Aprendizagem da Matemática

e seus Fundamentos Filosóficos e Científicos, para obtenção do título de Mestre em

Educação Matemática.

Rio Claro/SP

2009



Agradecimentos

Gostaria de agradecer, em especial, ao meu marido Rogério, que não somente

neste período, mas em particular nele, se mostrou compreensivo, paciente e aten-

cioso. Aos meus pais, Ana Maria e Nilton Santos (em memória), que sempre me

apoiaram e me confortaram com palavras de carinho e conforto. Aos meus irmãos,

Nilton Junior e Patricia que me incentivaram a prosseguir os estudos. Meus sobri-

nhos, Nilton Neto, Victor Hugo e Anne Carolyne, e meu irmão caçula Artur, que

me fizeram refletir sobre a Matemática ensinada no Ensino Fundamental, nas séries

iniciais. Ao Meu orientador, Prof. Dr. Sergio R. Nobre, que acreditou e apostou em

mim, dando-me a oportunidade de ingressar e concluir mais uma etapa da minha

vida. À profa. Dra. Alice Kimie Miwa Libardi que me orientou durante a especiali-

zação e me incentivou a concluir o mestrado.

Muito obrigada a todos.



“ O estudo dos trabalhos de Euler continuará a ser a melhor escola para os

diferentes campos da matemática e nada os poderá substituir.”

Gauss



Resumo

Esta dissertação tem por objetivo trabalhar Topologia no Ensino Médio,

usando como recurso pedagógico, a História da Matemática. Iniciaremos com o

trabalho de Euler sobre as pontes de Königsberg, pois é com ele que se dá início

as pesquisas neste ramo científico da Matemática. Em seguida resgataremos

a descoberta de Euler acerca da “propriedade geral dos sólidos limitados por

faces planas”, conhecida hoje como relação de Euler. Seu trabalho, intitulado

“Demonstratio nonnullarum insignium proprieatatum, quibus solida hedris pla-

nis inclusa sunt praedita”, surgiu do incômodo de demonstrar que existia uma

propriedade geral para os sólidos limitados por faces planas, uma vez que a

propriedade geral para os polígonos já era conhecida. Também iremos traba-

lhar com as obras de Cauchy e Lhuilier que contribuíram enormemente com a

evolução da propriedade citada por Euler. Para encerrar, destacaremos algu-

mas observações sobre a Característica de Euler, assunto que se desenvolveu

a partir da preocupação deste e que hoje faz parte da Topologia Algébrica.

Palavras-chave: História da Matemática; Topologia; Educação; Caracterís-

tica de Euler.



Resumo

This dissertation aims to work topology in high school using as a teaching

resource the History of Mathematics. We will start with Euler’s work about the

bridges of Königsberg, is with them that begins the research in this scientific

branch of Mathematics. After that, we will redeem Euler’s discovery about

the “ general property of the solids bounded by flat faces”, known today as

Euler’s relation. His work, entitled “ Demonstratio nonnullarum Insignium

proprieatatum, quibus solida sunt hedras planis included praedita” arose from

the inconvenience of demonstrate that there was a general property for solid

bounded by flat faces since the general property for the polygons was already

known. We will also work with Cauchy and Lhuilier’s works, which contributed

a lot of the evolution of property mentioned by Euler. As closing, we will

detach some observations about Euler’s Characteristic, a subject that was

develop from Euler’s concerns and now is part of Algebraic Topology.

Keywords: History of Mathematics; Topology; Education; Euler charac-

teristic.



Sumário

1 INTRODUÇÃO 7

2 A HISTÓRIA DA MATEMÁTICA COMO RECURSO

PEDAGÓGICO 11

3 UMA INTRODUÇÃO A TOPOLOGIA 17

3.1 As pontes de Königsberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.2 Solução de Euler ao problema das pontes de Königsberg . . . . . . . . 23

4 RELAÇÃO DE EULER 36

4.1 Leonhard Euler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.2 O anúncio da descoberta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.2.1 Demonstração de Euler das propriedades das figuras retilíneas

planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2.2 Polígonos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2.3 Poliedros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.2.4 Demonstração de Euler sobre a propriedade dos sólidos limi-

tados por faces planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.3 Cauchy e suas investigações sobre a Propriedade de Euler . . . . . . . 72

4.3.1 O matemático Cauchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.3.2 O trabalho de Cauchy: “ Recherches Sur Les Polyèdres” . . . . 73

4.4 Lhuilier e sua contribuição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4.4.1 Um pouco da vida de Lhuilier . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4.4.2 Mèmoire Sur La Polyédrométrie: Anotações sobre as medidas

de um poliedro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79



5 ALGUMAS OBSERVAÇÕES SOBRE A CARACTERÍSTICA DE

EULER 86

5.1 Topologia Quociente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

5.2 Poliedros, Superfícies e Triangulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

5.3 Superfícies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

5.4 Soma Conexa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS 113



7

1 INTRODUÇÃO

A característica de Euler foi escolhida como tema dessa dissertação por ser as-

sunto do Ensino Médio e também de pesquisas científicas realizadas por matemáti-

cos, os quais usam suas generalizações nas áreas de Topologia Algébrica e Topologia

Diferencial.

Segundo Katz1, a Topologia teve início com dois trabalhos: “ Solutio Problematis

ad Geometriam situs Pertinentis” 2 , o qual traz a solução do problema das pontes de

Königsberg e “ Demonstratio nonnullarum insignium proprieatatum, quibus solida

hedris planis inclusa sunt praedita” 3, que trata da “propriedade geral dos sólidos

limitados por faces planas”, ambos do matemático Euler (1707-1783). Esta área

da matemática foi sistematizada a partir dos estudos dos matemáticos Augustus

Möbius (1790− 1868) e Henri Poincaré (1854− 1912) no século XIX.

No trabalho sobre a propriedade geral dos sólidos limitados por faces planas

(“ Demonstratio nonnullarum insignium proprieatatum, quibus solida hedris planis

inclusa sunt praedita”) Euler verifica a possibilidade de existir uma propriedade

para os sólidos, uma vez que para os polígonos já eram conhecidas, e desta forma,

enuncia a propriedade: “ Em todo sólido limitado por faces planas, o número de faces

e o número de ângulos sólidos excede por dois o número de arestas, ou H + S =

A + 2 ”. Euler comenta sua descoberta através de uma carta enviada ao amigo

Goldbach no ano de 1750, antes da publicação do trabalho em si, como era de

seu costume. Nesta carta Euler confessa ao amigo que não consegue demonstrar

satisfatoriamente seu teorema, mas faz um alerta sobre sua importância. Embora

não tivesse tido o conhecimento, o matemático René Descartes (1576−1650) também

já havia trabalhado em tal questão, porém não fora tão inovador quanto Euler e não
1Katz, p.512
2“ A solução de um problema relacionado à geometria de posição”.
3“ Demonstração de algumas propriedades notáveis dos sólidos limitados por faces planas”.



8

chegou a demonstrar nem a enunciar a propriedade para os sólidos.

O fato de Euler escrever a carta e enviar ao amigo Goldbach desencadeia outros

acontencimentos relacionados à propriedade, ou ao teorema de Euler e, por este

motivo, torna-se digno de memória, como afirma Mendes (2006, p.82),

Um fato histórico da matemática é digno de memória quando exerce ou exer-

ceu, na sociedade, uma função desencadeadora de uma série de acontecimentos

matemáticos úteis à humanidade e que ainda podem gerar muito mais.

Oito anos após a sua carta enviada ao amigo Goldbach, Euler publica o trabalho

sobre a propriedade geral dos sólidos limitados por faces planas, no qual demonstra

seus teoremas e suas proposições descobertos e anunciados anteriormente. Adrien-

Marie Legendre (1752 − 1833), em seu Élements de Géométrie publicado em 1794,

faz uma demonstração para o teorema de Euler, de uma forma mais simples que

seu descobridor. No ano de 1813, Augustin Louis Cauchy (1789 − 1857) chega a

um caso mais geral do que o apresentado por Euler e publica um artigo no Journal

de l’École Polytechnique sobre o assunto, intitulado Recherches Sur Les Polyédres-

Premier Mèmoire. E em 1812/1813, Simon Antoine Jean Lhuilier (1750 − 1840)

também discute a questão no Annales de Mathématiques 3, com o artigo Mémoire

Sur La Polyédrométrie. Neste artigo, Lhuilier comenta sobre as exceções ao teorema

de Euler.

Por ser um fato digno de memória, o trabalho sobre as pontes de Königsberg que

marca o início da Topologia no ramo da teoria dos Grafos, a carta de Euler sobre a

propriedade geral dos sólidos limitados por faces planas, que é a desencadeadora da

série de acontecimentos matemáticos que culminam no assunto atual Característica

de Euler, a demonstração de Euler sobre a propriedade e os artigos de Cauchy e de

Lhuilier, que reproduzem a História do desenvolvimento de tal ramo matemático,

podem ser incorporados a rotina da sala de aula, tornando-se assim uma introdução

à História da Matemática no Ensino Médio, contemplando as competências e habi-



9

lidades previstas para este nível de ensino.

O objetivo desta dissertação, então, consiste na apresentação destes trabalhos

explorando suas potencialidades Matemáticas e Históricas, para que, na sala de

aula, sejam incorporadas à rotina dos alunos, sugerindo, assim, uma introdução de

Elementos de História da Matemática na sala de aula.

A matemática é construída, incessantemente, sobre as bases já construídas.

Em consequência, o aluno precisa, no processo de aprendizagem, repensar o

que já foi pensado por outros, ou seja, é necessário que o aluno se aproprie do

que já foi elaborado por matemáticos anteriores. (FOSSA, 2006, p.138).

O trabalho aqui apresentado é uma reconstrução, a partir dos fatos históricos, dos

acontecimentos, tentando aproximar os pensamentos de ontem com o pensamento

de hoje, sem abrir mão do conhecimento gerado pelo contato com obras de outras

épocas.

O trabalho do historiador é localizar e compreender historicamente cada acon-

tecimento ... O conhecimento histórico é uma reconstrução dos fatos a partir

das fontes históricas, ou seja, é o nosso pensamento de hoje tentando alcançar

o modo de pensar e de viver de outros tempos e de outros povos. (PETTA,

2005, p.9).

Dedicaremos um capítulo para o aprofundamento dos estudos nesta área da

Matemática, como uma oportunidade para que os professores tenham um breve

contato com o moderno, não para que demonstrem suas habilidades matemáticas

e se exibam para seus alunos, e sim no sentido de fazer florescer sua criatividade.

Trabalharemos com algumas observações à respeito da Característica de Euler, as-

sunto da Topologia que surgiu com a evolução dos fatos narrados acima e que, de

acordo com D’Ambrosio (1977, p.VIII), “ é a maneira moderna de se descrever es-

paço”, auxiliando os profissionais à compreenderem melhor o assunto abordado na



10

sala de aula, possibilitando uma assistência, quando estes preparam suas aulas e se

deparam com problemas que fogem do conteúdo proposto a ser trabalhado.

O que estamos propondo aqui trata-se de uma sugestão de trabalho aos pro-

fessores, para que os mesmos trabalhem com investigação matemática e usem como

recurso pedagógico a História da Matemática, de forma que nossos alunos compreen-

dam que a Matemática “ não caiu, e não cai, do céu,” que possam entender, a partir

destes fatos históricos, como os matemáticos procediam em suas pesquisas, como

surgiam suas idéias e como as publicavam.

Ao revelar a Matemática como uma criação humana, mostrar necessidades

e preocupações de diferentes culturas em diferentes períodos históricos, esta-

belecer comparações entre conceitos matemáticos e processos do passado e pre-

sente, o professor tem a possibilidade de desenvolver mais favoravelmente ati-

tudes e valores para o estudante face ao conhecimento matemático.(GASPAR

2003, p.3).



11

2 A HISTÓRIA DA MATEMÁTICA COMO RE-

CURSO PEDAGÓGICO

A investigação da História da Matemática é uma atividade que envolve a com-

preensão e auxilia no desenvolvimento das competências e habilidades matemáticas

definidas pela Secretaria Estadual da Educação (SEE) no estado de São Paulo.

De acordo com a SEE4, “ competências cognitivas são as modalidades estruturais

da inteligência. Modalidades, pois expressam o que é necessário para compreender

ou resolver um problema” e habilidades pois, “ funcionam como indicadores ou

descritores das aprendizagens, possibilitam saber o que é necessário que o aluno

faça para dar conta e bem do que foi solicitado fazer” 5.

Também de acordo com a SEE, estão previstas as seguintes competências e

habilidades a serem dominadas, a fim de demonstrá-las no Sistema de Avaliação do

Rendimento Escolar de São Paulo (SARESP)e que poderemos ajudar nossos alunos

com o trabalho aqui apresentado:

• Competências para observar: permite ao aluno registrar o que está sendo pro-

posto nos textos, imagens, tabelas ou quadros e interpretar este registro. Estas

competências são desenvolvidas pelas habilidades de observar, identificar, lo-

calizar, constatar, reconhecer, indicar.

• Competências para realizar: são identificadas pela capacidade do aluno realizar

procedimentos, que vão ajudá-lo em suas tomadas de decisão. As habilidades

necessárias para desenvolver esta competência estão todas focadas nas ativi-
4São Paulo (Estado) Secretaria da Educação. Matrizes de Referência para a avaliação Saresp,

p. 14.
5São Paulo (Estado) Secretaria da Educação. Matrizes de Referência para a avaliação Saresp,

p.12.



12

dades dos alunos, no que e como fazem, tais como classificar, seriar, ordenar,

conservar, compor, decompor, calcular, medir, interpretar.

• Competências para compreender: possibilitam realizações, através de proce-

dimentos compreendidos, ou através de leituras. Possibilitam planejamento e

escolha de estratégias para resolver problemas. Referem-se as operações men-

tais mais complexas. Para dominar esta competência o aluno deve possuir

as habilidades de analisar fatos, acontecimentos ou possibilidades, observar

padrões e valores, aplicar relações conhecidas em situações novas, formular

julgamentos sobre proposições, criticar, analisar e julgar, formular ou com-

preender explicações causais, apresentar conclusões, fazer proposições, argu-

mentar, fazer generalizações ou deduções que implicam bom domínio da lógica,

apresentar justificativas ou explicações sobre acontecimentos.

Ao desenvolvermos o Tema Espaço e Forma6 proposto pela SEE, no Ensino

Médio, a competência a ser desenvolvida nos alunos é a de “ compreender as pro-

priedades dos objetos e a sua posição relativa e desenvolver o raciocínio espacial por

meio de construções e de formas”. As habilidades descritas para ajudar a construir

esta competência e que poderão ser desenvolvidas com a nossa proposta de trabalho

são:

• Aplicar as propriedades fundamentais dos polígonos regulares em problemas de

pavimentação de superfícies. Estas propriedades são citadas por Euler na carta

que escreveu à Goldbach e está presente em sua demonstração da propriedade

geral dos sólidos limitados por faces planas.

• Relacionar diferentes poliedros ou corpos redondos com suas planificações.

Indiretamente, Cauchy, em seu artigo, apresenta uma forma de planificação

dos poliedros.
6SARESP: Matrizes de Referência para a Avaliação, p.66.



13

• Identificar a relação entre o número de vértices, faces e/ou arestas de poliedros

expressa em um problema. Este é o teorema de Euler, que foi demonstrado

pelo próprio Euler, por Cauchy e Lhuilier, entre outros, e que desencadeou o

surgimento da Característica de Euler e, portanto, serão trabalhadas em toda

a dissertação.

O uso da História da Matemática como recurso pedagógico vem sendo defendido

por Educadores Matemáticos que realizaram pesquisas nesta área do conhecimento

científico. Seus trabalhos confirmam que o ensino-aprendizagem da matemática

pode ser melhorado com esta prática. Citamos inicialmente, Cardoso (1997, p.70),

que afirma que

A História da Matemática é a história das teorias dominantes reconstruída

racionalmente. A Reconstrução Racional mostra o processo heurístico de des-

coberta e desenvolvimento do conhecimento matemático.

Essa reconstrução racional que Cardoso comenta é o que sustenta nossa proposta

de exercícios sobre a fórmula poliedral ou sobre as pontes de Königsberg. Temos o

propósito de fazer com que nossos colegas professores, e consequentemente nossos

alunos, percebam este processo heurístico e desenvolvam o conhecimento matemático

mais favoravelmente.

As demonstrações de Euler sobre o problema das pontes e sobre a propriedade

geral dos sólidos limitados por faces planas, devem ser trabalhadas ao final das

intuições, verificações, constatações dos alunos quanto às respectivas soluções aos

problemas levantados. Segundo Gaspar (2003, p.20)

(...) é necessário que também o aluno perceba e se aproprie das demonstrações

e dos encadeamentos conceituais lógicos para validar intuições, dar sentido às

técnicas associadas a esses conhecimentos, ajudando a enriquecer o universo

de experiências e conhecimentos que servirão de base para novas intuições



14

quando ele se defrontar com novos problemas. A dimensão histórica pode

facilitar esta percepção e a de que a matemática não é uma seqüência discreta

de capítulos, mas ummover entre diferentes modos de pensar sobre os conceitos

matemáticos.

Também de acordo com Fauvel (1991) apud Mendes (2006, p.86),

(...) são várias as razões para se usar a história em educação matemática:

1) a história aumenta a motivação para a aprendizagem da matemática; 2)

humaniza a matemática; 3) mostra o seu desenvolvimento histórico através

da ordenação e apresentação de tópicos no currículo; 4) os alunos compreen-

dem como os conceitos se desenvolveram; 5) contribui para as mudanças de

percepções dos alunos com relação à matemática; 6) a comparação entre o

antigo e o moderno estabelece os valores das técnicas modernas a partir do

conhecimento desenvolvido ao longo da história da sociedade; 7) ajuda a de-

senvolver uma aproximação multicultural para a construção do conhecimento

matemático; 8) suscita oportunidades para a investigação matemática; 9) pode

apontar os possíveis aspectos conceituais históricos da matemática que dificul-

tam a aprendizagem dos estudantes; 10) contribui para que os estudantes

busquem no passado soluções matemáticas para o presente e projetem seus

resultados no futuro; 11) ajuda explicar o papel da matemática na sociedade;

12) faz da matemática um conhecimento menos assustador para os estudantes

e para a comunidade em geral; 13) explora a história, ajudando a sustentar

o interesse e a satisfação dos estudantes; 14) fornece oportunidades para a

realização de atividades extracurriculares que evidenciem trabalhos com ou-

tros professores e/ou outros assuntos (caráter interdisciplinar da história da

matemática).

Porém a História da Matemática apresentada nos livros didáticos nada tem a ver

com o que estamos aqui defendendo. Aparece para ser utilizada como uma curiosi-



15

dade, algo que pode ser descartado, como uma maneira de “ fugir ” temporariamente

da matemática. Segundo Fossa (2006, p.140)

Seu verdadeiro uso como um instrumento pedagógico, porém, somente ocorre

quando conceitos e problemas históricos são integrados na rotina diária da sala

de aula e se tornam parte da experiência matemática do aluno.

Narkilar, (apud Cardoso 1997, p.114) faz algumas recomendações sobre o ensino

de Ciências da Natureza Matemática e suas Tecnologias, que refletem o ponto de

vista de pesquisadores científicos com relação à educação. Para ele, a educação cien-

tífica deve se desenvolver em quatro níveis:

1. No Ensino Fundamental, o profissional deve estimular a curiosidade infantil

para a observação dos fenômenos naturais.

2. No Ensino Médio os estudantes devem verificar as leis experimentalmente.

Levados a descobrir a história das ciências mediante métodos ao mesmo

tempo teóricos e experimentais, os alunos perceberão como os cientistas

progridem - através de erros e retificações - e fazem assim o saber humano

avançar. (CARDOSO, p.114)

3. No Superior, o aluno deve complementar seu conhecimento com debates, pesquisa,

etc., tendo consciência dos limites da pesquisa em seu campo de estudo.

4. Para a população em geral, a divulgação científica ajuda na adaptação da

ciência às inovações tecnológicas e científicas, bem como a informação dos

fracassos e dos limites científicos.



16

A observação de Narkilar sobre o ensino das Ciências da Natureza, Matemática e

suas Tecnologias com relação ao Ensino Médio vem ao encontro de nossa proposta de

elaborar um material para ser usado neste nível de ensino. Mostrar que o matemático

Euler, em sua elaboração da propriedade para os sólidos, se preocupou apenas com

os sólidos limitados por faces planas, mas não explicitou em quais sólidos estava

trabalhando para a verificação e, com isso, outros matemáticos, tais como Cauchy e

Lhuilier, observaram o potencial desta propriedade e mostraram que novas hipóteses

deveriam ser abordadas a partir do trabalho de Euler, fazendo assim, retificações em

seu trabalho. Devemos mostrar à nossos alunos que “ O progresso em matemática

se dá pela transformação de problemas. Há ampliação do campo estudado porque

se analisam várias provas diferentes.” (CARDOSO, 1997, p.70).



17

3 UMA INTRODUÇÃO A TOPOLOGIA

Como o trabalho de Euler sobre as pontes de Königsberg e o trabalho sobre a

fórmula poliedral deram origem ao ramo da matemática conhecido hoje por Topolo-

gia, optamos por iniciar nossa proposta de estudo e aplicação com estes, embora não

sejam os primeiros em sua carreira.

O problema das sete pontes de Königsberg realizado e publicado por Euler em

1736, juntamente com os seus estudos sobre a fórmula poliedral, fazem parte de uma

geometria que nos tempos de Euler era quase desconhecida. Euler7 classificou seus

trabalhos como sendo pertencentes à uma geometria diferente, a qual Leibniz havia

mencionado primeiro chamando-a de Geometria de Posição, na qual as relações entre

os objetos estudados dependiam das posições por si só, não envolviam grandezas ou

medidas.

Na afirmação de que as relações entre os objetos estudados dependiam das

posições por si só, concluimos, então, que as propriedades de grandeza e medida,

destes objetos se preservavam.

Segundo Dienes8, “ topologia é o estudo das propriedades que são invariantes

nas transformações bi contínuas ”. Transformação bi contínua intuitivamente ocorre

quando há uma transformação de A para B, sem perda das propriedades, e existe

outra transformação de B para A, onde também não acontece a perda das pro-

priedades. Por exemplo, se tomarmos uma bexiga cheia, os pontos interiores estão

na parte interna da bexiga, os exteriores na parte externa e os pontos estão separados

pela superfície da bexiga. Quando mudamos a aparência da bexiga, comprimindo-a,

por exemplo (pois poderíamos tentar torcê-la, como fazem os palhaços com aque-

las bexigas compridas, transformando-as em cachorros, espadas, chapéus, etc.) os
7Em sua obra “ Solutio Problematis ad Geometriam situs Pertinentis ”.
8Dienes, 1975, p.4.



18

pontos interiores continuarão sendo interiores e os exteriores continuarão exteriores

à bexiga. Nada mudará em relação aos pontos interiores e exteriores, somente a

superfície da bexiga mudará de posição. Quando realizamos o processo inverso de

descomprimir a bexiga os pontos continuarão na mesma posição, ou seja, interio-

res continuarão interiores e exteriores continuarão exteriores, e as propriedades da

bexiga foram preservadas durante todo o processo. Dessa forma encontramos uma

transformação bi contínua, mas existem outras formas de transformações.

Uma transformação bijetora acontece, por exemplo, numa tradução de linguagem.

Segundo Lakatos, (Obs. 209, p.164) “ As mudanças na teoria dominante implicam

a reorganização de todo o nosso conhecimento (...). A grande inovação de Descartes

foi substituir a geometria pela álgebra”.

Na solução de Euler para o problema das pontes de Königsberg, há uma trans-

formação bijetora. A transformação bijetora acontece através da tradução do pro-

blema. Euler sai do problema geométrico e o traduz para a álgebra, sem perder

as propriedades da geometria. Depois ele volta ao problema geométrico, saindo da

álgebra, sem perder qualquer propriedade algébrica conquistada. O problema é,

então, topológico.

3.1 As pontes de Königsberg

Em Königsberg na Prússia, existe uma ilha A chamada “ Kneiphof ”. O rio que

a circunda se divide em dois braços, como pode ser visto na figura abaixo, e estes

braços são atravessados por sete pontes, a, b, c, d, e, f e g.

De acordo com Gaspar e Mauro (2005), existem várias lendas sobre as pontes, e

uma delas é a que segue:

(...) para comemorar um evento foi planejada uma grande parada. As autori-

dades da cidade decidiram que cada ponte deveria ser atravessada pela parada

uma única vez. A comissão Organizadora do Evento não conseguiu atender a



19

essa exigência e a partir de então, passou a ser tradição em Königsberg tentar

andar, aos domingos, pela cidade atravessando cada uma das sete pontes uma

única vez. Apesar de ninguém ter sido capaz de fazê-lo os habitantes da cidade

acreditavam que o problema tinha solução. (GASPAR E MAURO, 2005,

p.3)

Figura 1: Königsberg

A seguir, poderemos sugerir que seja feita uma investigação ao problema pro-

posto. Fazer uma investigação, de acordo com Ponte, Brocardo e Oliveira (2006,

p.13) “é procurar conhecer o que não se sabe”, aqui o que se procura conhecer são

os possíveis caminhos para se realizar a travessia das sete pontes uma única vez,

que, neste caso, parte do problema proposto pelo professor. Reconhecida a situ-

ação problemática, os alunos passam a explorar a situação formulando questões.

Depois de organizados os dados da pesquisa os alunos começam a fazer conjecturas

e afirmações a respeito destas conjecturas. Depois fazem testes a respeito de suas

afirmações e refinam as conjecturas. Por último justificam as conjecturas, avaliam

o raciocínio ou o resultado do raciocínio.9

Para direcionar a investigação proposta, sugerimos as seguintes questões:
9Ponte, Brocardo e Oliveira (2006), p.21.



20

Exercício 3.1. Acreditando nesta lenda, façamos como os cidadãos de Königsberg,

tentemos encontrar um caminho no qual se possa atravessar cada ponte uma e so-

mente uma única vez.

Exercício 3.2. Retirando uma das sete pontes que interligam a cidade de Königs-

berg, seria possível traçar um caminho pelo qual fosse possível passar apenas uma

vez em cada uma das pontes restantes?

Exercício 3.3. E se retirássemos duas pontes. Será que seria possível traçar um

caminho que passasse uma única vez pelas cinco pontes?

Exercício 3.4. Verifique o que vai acontecendo se formos retirando as pontes até

que fiquemos com apenas uma em cada região.

Exercício 3.5. O que acontece se ao invés de retirarmos as pontes, apenas trocásse-

mos uma delas de lugar? O problema irá apresentar solução?

Exercício 3.6. Verifique a quantidade de pontes que levam, que nos conduzem, para

cada região. Faça o registro em seu caderno de anotações.

Exercício 3.7. Para cada situação abaixo, verifique se há ou não solução, ou seja,

se existe um caminho, para cada caso, em que se possa atravessar todas as pontes

uma única vez.



21

Figura 2: (a)

Figura 3: (b)

Figura 4: (c)



22

Exercício 3.8. No exercício anterior item (a), observamos que para a região A

temos três pontes que dão acesso à ela. Um caminho para ser seguido é BCE-

BADCA. Na descrição do caminho encontrado, a região A possui três pontes que

a interligam com as outras regiões, porém na representação do caminho encontrado

aparece somente duas vezes. A região B tem três pontes e aparece duas vezes, a

região C tem quatro pontes e aparece duas vezes e a região D tem duas pontes e

aparece somente uma vez. Observe a tabela abaixo:

Regiões Pontes que levam às regiões Número de vezes

que a letra aparece na rota

A 3 2

B 3 2

C 4 2

D 2 1

Faça tabelas para os outros itens do exercício anterior (exercício 3.7, itens b e

c).

Exercício 3.9. Focalize apenas em uma região, A, ou B. O que acontece com a rota

a ser seguida quando o problema tem número ímpar de pontes que levam para este

lugar?

Exercício 3.10. Focalize apenas em uma região, C ou D. O que acontece quando

apresenta um número par de pontes que levam para uma região? O que você pode

concluir?

Poderiamos propor outras investigações. Poderíamos sugerir ao aluno que fizesse

uma pesquisa sobre a localização, hoje, da cidade de Königsberg. Será que ainda é

conhecida por este nome? A cidade conserva as sete pontes citadas no problema?

Depois destas sugestões de investigações, é importante que se conduza uma discussão

dos fatos observados e das respostas encontradas. A seguir propomos que se faça

uma leitura interpretativa da resolução apresentada por Euler em 1736.



23

3.2 Solução de Euler ao problema das pontes de Königsberg

Königsberg (Montanha do Rei) foi fundada em 1255 por Cavaleiros Teutônicos.

De 1466 até 1656 Königsberg fazia parte da Polônia. Em 1656 foi anexada ao

território da Prússia Oriental, onde até 1871 foi a sua capital e, a partir deste

mesmo ano, passou a fazer parte do Império Alemão.

Na segunda Guerra Mundial, Königsberg foi arrasada e, das sete pontes citadas

no problema, duas ficaram totalmente destruídas e outras duas tiveram que passar

por reparos. Depois da II Guerra Mundial, a cidade passou a fazer parte da então

União das Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS), quando foi reformada e reba-

tizada por Kaliningrado (nome sugerido devido ao nome do presidente do Comitê

Central do Partido Comunista, Mikhail Kalinin). As sete pontes hoje são em número

maior devido à expansão da cidade10.

Figura 5: Mapa da cidade de Königsberg

10Imagem capturada em 09 jun 2009, no site <http://www.vintage-

views.com/MeyersKonversations/Vol10/maps/images/0527386k6-Konigsberg2.jpg>.



24

Abaixo observamos a localização geográfica de Kaliningrad no Continente Eu-

ropeu11.

Figura 6: Localização de Kaliningrad

Euler, em 1736, publica um trabalho, intitulado “ Solutio Problematis ad Geome-

triam situs Pertinentis”, cujo conteúdo está distribuído em vinte e um itens e em

seu prefácio traz uma importante justificativa da resolução do problema a ser incor-

porada ao novo ramo da geometria, denominada por ele Geometria de Posição.

Trata, também, do problema inicial, sua generalização, a solução do problema orig-

inal e a conseqüente solução para casos gerais.

Euler, escreve que uma solução para tal problema, de se fazer a travessia das setes

pontes de Königsberg, passando uma única vez por cada uma, pode ser encontrada,

assim como para qualquer problema deste tipo, desde que se faça uma exaustiva

lista de rotas possíveis, e se verifique se satisfaz ou não o problema. Porém, como

o próprio Euler afirma, isto seria muito trabalhoso, e num problema com o número

de pontes maior, seria quase impossível obter resposta.

Então, Euler não tenta encontrar o caminho e sim observa se existe ou não uma

maneira de atravessar todas as pontes uma única vez. Se verificar a possibilidade
11Imagem capturada em 09 de junho de 2009, em <http://en.wikipedia.org/wiki/K%C3%B6nigsberg>.



25

de atravessar todas as pontes uma única vez, aí sim se preocupa em descobrir qual

será a rota.

Começa então levando o problema para a Álgebra, usando letras maiúsculas

A, B, C, D, para cada área de terra separada pelo rio, e letras minúsculas para

representar as pontes a, b, c, d, e, f, g. Quando uma pessoa sai da área A e vai

para a área B, e usa para isto qualquer uma das pontes a ou b, Euler representa

esta travessia por AB. Agora se a pessoa sai da área B e vai para a área D usando

a ponte f, a travessia até este momento será representada por ABD. Note que até

este momento foram realizadas duas travessias de pontes, mas para representá-las

foram necessárias três letras maiúsculas. Se continuarmos, saindo da área D para

a área C pela ponte g, teremos ABDC como representação da travessia e teremos

passado por três pontes a, f, g. Continuando desta forma, Euler generaliza: então

para representar a travessia das sete pontes, serão necessárias oito letras.

Para que as letras que representam a travessia possam ficar próximas, por exem-

plo, AB, é necessário que haja pelo menos uma ponte interligando estas áreas. No

problema de Königsberg, as letras A e B deverão ficar próximas duas vezes, pois

existem duas pontes interligando estas áreas, B e D uma vez, D e C uma vez, A e C

duas vezes e A e D uma vez. Com isso, Euler reduz o problema de encontrar uma

seqüência de oito letras, agrupadas conforme descrito.

Para encontrar tal possibilidade de arranjar uma seqüência de oito letras onde

aparecem a quantidade de vezes especificadas, Euler inicia sua demonstração como

se fosse por indução, apresenta um problema semelhante, porém com grau de difi-

culdade menor. O problema considerado, apresenta apenas duas áreas A e B com

várias pontes a, b, c, d, e, f, g, etc:



26

Figura 7: Duas Regiões

1. Considerando apenas uma ponte ligando as áreas A e B. Sendo assim, a rota

seria representada por AB ou BA; para uma ponte duas letras representariam

a travessia, uma vez cada, não importando onde se inicia a travessia.

Figura 8

2. Considerando três pontes ligando A e B, a representação seria: ABAB ou

BABA; para três pontes quatro letras, onde cada letra aparecerá duas vezes,

não importando onde se inicia a travessia.

Figura 9



27

3. Considerando cinco pontes. A representação seria: ABABAB ou BABABA;

para cinco pontes seis letras aparecem, onde cada uma se repete três vezes,

não importando onde se inicia a travessia.

Figura 10

4. Por recorrência chega a conclusão que para qualquer número ímpar de pontes,

não importa de qual área se sai e qual se deve chegar, se acrescenta uma

unidade ao total de pontes e a ocorrência de A será metade deste número.

Depois desta conclusão Euler volta ao problema inicial e observa que a letra A

deverá aparecer na seqüência de letras três vezes, pois são cinco pontes que dão

acesso a área A; a letra B deverá aparecer duas vezes, uma vez que são três pontes

que dão acesso a esta área; a letra C deverá aparecer duas vezes, já que são três

pontes que levam para a área C; e a letra D deverá aparecer também duas vezes, pois

são três pontes que conduzem para a área D. Somando a quantidade de vezes que

cada letra deverá aparecer teremos 3A+2B+2C+2D = 9 letras. Mas anteriormente

Euler observou que para ter solução eram necessárias oito letras. Sendo assim, o

problema das pontes de Königsberg não apresenta solução.

Mas a intenção de Euler era também, dar um método geral para resolver qualquer

problema relacionado a este de Königsberg. Desta maneira, prossegue com suas

conclusões.

Então, para qualquer problema cujas áreas possuem um número ímpar de pontes,

deve-se primeiramente verificar se a soma do número de vezes que cada letra deve

acontecer na seqüência é igual ao número total de pontes adicionado a uma unidade.



28

Se for igual o problema poderá ser resolvido, mas se for uma unidade maior, a

solução não será possível. Outra observação importante é que não importa, no caso

da quantidade ímpar de pontes, de onde inicia ou termina a travessia das pontes.

Agora, se o número de pontes que leva para uma determinada área for par, o caminho

a ser percorrido deverá levar em consideração de onde se inicia a travessia. Euler

volta, então, ao problema simples apresentado na Fig.7,

1. Tomemos apenas duas regiões A e B e duas pontes. Neste caso, se iniciarmos a

travessia partindo da área A, esta letra deverá ocorrer duas vezes na seqüência

ABA. Porém, se partirmos de B, a letra A ocorrerá apenas uma vez BAB.

Figura 11

2. Depois, observe o que ocorre quando existem quatro pontes ligando as áreas

A e B. Saindo de A, esta letra ocorrerá três vezes, ABABA, mas se sair de B

aparecerá duas vezes BABAB.



29

Figura 12

3. E também analise no caso de haver seis pontes: partindo da área A, a letra A

aparecerá quatro vezes, ABABABA, se partir de B, três vezes, BABABAB.

Figura 13

Generalizando a resposta, se obtém: se o número de pontes for par, o número de

ocorrências de A, será metade deste número se a travessia não iniciar de A, ou será

uma unidade maior que a metade do número de pontes se iniciar de A.

Em seguida, no décimo quinto item, apresenta uma solução geral:

1. Nomear as áreas delimitadas pelo braço do rio;



30

2. Observar o número total de pontes e adicione uma unidade, escrevendo o

resultado num canto destacado;

3. Fazer uma tabela: primeira coluna escreva os nomes das áreas A, B, C, ..., na

segunda coluna o número de pontes que deixa cada uma das áreas;

4. Marcar com asterisco as áreas que possuem número par de pontes;

5. Terceira coluna: calcular e escrever a metade do número se o valor correspon-

dente na segunda coluna for par, se for ímpar adicione uma unidade e depois

encontre a metade;

6. Fazer a soma dos números dispostos na terceira coluna;

7. Observar o valor encontrado anteriormente: se a soma for igual a soma do

segundo item ou uma unidade menor, a travessia poderá ser realizada. Quando

a soma for igual a obtida no item dois, deverá iniciar a travessia de uma das

áreas não marcadas pelo asterisco. Já, se a soma dos números da terceira

coluna for uma unidade menor, a travessia deve iniciar de uma das regiões

marcadas com o asterisco.

A partir daí, Euler mostra dois exemplos: o das sete pontes de Königsberg e

outro problema com dezesseis pontes.

Exemplo 3.11. Assim no problema de Königsberg, temos: número total de pontes

7, adicionando uma unidade obtemos 8.

Nome das áreas N
◦ de pontes que deixa a área Metades

A 5 3

B 3 2

C 3 2

D 3 2



31

Chega-se a conclusão de que, sendo a soma da última coluna igual a 9, que é

maior do que a soma em destaque 8, então tal jornada não poderá ser realizada.

Exemplo 3.12. Suponha que existam duas ilhas A e B rodeadas por água como na

Fig.14 abaixo. Quinze pontes a, b, c, d, etc. ligam as ilhas. Será possível determinar

uma jornada a qual atravessa cada ponte exatamente uma vez?

Figura 14: Segundo exemplo de Euler

Neste exemplo Euler descreve exatamente seis passos a serem seguidos:

1. Nomear todas as áreas separadas pelas águas como A, B, C, D, E, F. Neste

caso, existem seis delas.

2. Acrescentar ao número de pontes (15) uma unidade e escreva o resultado (16)

acima do esquema.

3. Escrever as letras A, B, C, etc. numa coluna e, próximo a cada uma, o número

de pontes, as quais levam para a área correspondente, tal que oito pontes levem

para A, quatro para B, e assim por diante.

4. Indicar com asterisco aquelas letras as quais tem um número par próximo a

elas.

5. Escrever, na terceira coluna, as metades dos números pares da segunda coluna

e adicione uma unidade aos números ímpares e, depois, calcule sua metade em

cada caso.



32

6. Adicionar todos os números da terceira coluna.

Número total de pontes 15, adicionando uma unidade obtemos 16.

Nome das áreas N
◦ de pontes que deixa a área Metades

A* 8 4

B* 4 2

C* 4 2

D 3 2

E 5 3

F* 6 3

Considerando que a soma da terceira coluna é igual ao número (16) escrito

acima, entende-se que a jornada pode ser realizada se iniciada da área D ou E, uma

vez que estas não estão marcadas com asterisco. A jornada pode ser feita como

segue:

EaFbBcFdAeFfCgAhCiDkAmEnApBoElD

onde Euler escreve as pontes, as quais são atravessadas entre as letras maiúsculas

correspondentes.

Ainda não satisfeito com a solução do problema, Euler, na décima sexta obser-

vação, verifica que se somarmos os números da segunda coluna da tabela, encon-

traremos o dobro do número total de pontes. E explica que isto acontece devido

à forma de preencher esta coluna, pois contamos duas vezes cada ponte, uma vez

para cada área que esta ponte liga. Conclui, também, que esta soma sempre será

par e também conclui que, sempre que calcularmos a sua metade, esta resultará

na quantidade total de pontes do problema. Como podemos observar nos exemplos

dados: no exemplo 1 a soma da segunda coluna é igual a 14 e sua metade é 7, igual

ao número total de pontes. No exemplo 2, a soma da segunda coluna é 30, e sua

metade 15, igual a quantidade total de pontes. Euler ainda observa que no primeiro



33

exemplo, existem quatro números ímpares na segunda coluna, e no segundo exemplo,

existem dois números ímpares nesta coluna. Conclui que, para que o problema apre-

sente solução, nesta segunda coluna devem aparecer apenas dois números ímpares,

se aparecerem quatro, seis, oito, ..., o problema não poderá ser resolvido.

Para finalizar, na vigésima observação Euler apresenta três regras para identificar

se qualquer problema envolvendo pontes e áreas poderão ser resolvidos:

• Se existe mais que duas áreas, as quais um número ímpar de pontes leva a

elas, então tal jornada será impossível.

• Se, no entanto, o número de pontes for ímpar para exatamente duas áreas,

então a jornada será possível se iniciada em qualquer destas áreas.

• Se, finalmente, não existem áreas para as quais um número ímpar de pontes

leva a elas, então a jornada pedida pode ser realizada iniciando de qualquer

área.

Com estas regras, o problema dado pode ser sempre resolvido.

O problema das pontes de Königsberg resolvido por Euler é uma fonte histórica

rica e que proporciona, se trabalhado na sala de aula, a finalização da investigação

proposta inicialmente aos alunos, mostrando como um matemático trabalha, como

levanta questões, como as verifica, como testam as conjecturas e como chegam as

conclusões.

O estudo deste problema deu origem ao que hoje denominamos “ Teoria de

Grafos”, um dos ramos da Topologia. O problema de Euler de encontrar uma se-

qüência de oito símbolos com uma propriedade particular, é relacionada à existência

de um tipo especial de caminho no grafo.

Definição 3.13. Um grafo consiste de um conjunto finito de vértices, um conjunto

finito de arestas,e uma regra que nos diz qual aresta liga qual par de vértices.



34

Figura 15: Grafo das sete pontes de Königsberg

Normalmente, uma aresta liga dois vértices distintos, mas excepcionalmente os

dois vértices podem coincidir; no caso mais avançado, a aresta é dita ser um laço. No

nosso exemplo particular existem quatro vértices, correspondentes às quatro grandes

áreas A, B, C e D, e sete arestas, correspondendo às sete pontes.

Definição 3.14. Um caminho no grafo é uma seqüência de vértices e arestas,

V0, e1, V1, e2, V2, ..., Vr−1, er, Vr, onde cada aresta ei liga os vértices Vi−1 e Vi(1 ≤
i ≤ r).

Podemos, agora, formular o problema das pontes de Königsberg usando a termi-

nologia usada acima: o problema é encontrar um caminho no qual contenha cada

aresta de um grafo uma, e somente uma, única vez. Um caminho deste tipo é

chamado atualmente de Caminho Euleriano e Euler mostrou que o grafo de Königs-

berg não possui tal caminho.

Exercício 3.15. Observe os desenhos abaixo. Eles representam caminhos Euleri-

anos? Se a resposta for afirmativa escreva a seqüência de vértices e arestas que

representam tais caminhos.



35

Figura 16: (a)

Figura 17: (b)

Figura 18: (c)

Figura 19: (d)



36

Figura 20: (e)

4 RELAÇÃO DE EULER

Nosso estudo iniciou-se com a leitura da obra de Lakatos (1978), “ A Lógica

do Descobrimento Matemático: Provas e Refutações ”, em que Lakatos descreve a

história da propriedade, enunciada por Euler, através de um diálogo investigativo

entre professor e alunos. O professor percebe que os alunos estão interessados num

problema e que estão conversando sobre ele, toma conhecimento do assunto e lança

uma pergunta que desencadeia uma série de inquéritos. Os alunos passam a fazer

conjecturas, encontram exemplos que verificam a propriedade, mas sempre aparece

um aluno com um contra-exemplo que refuta a conjectura inicial, ou que refuta parte

da conjectura. Assim, com pouca participação do professor, os alunos vão conquis-

tando a resposta ao problema inicial. Durante a descrição da aula investigativa, o

autor nos chama a atenção para as notas de rodapé, nas quais constam a História

real pela qual passou a conjectura de Euler (S + H = A + 2).

Durante a leitura, iniciamos a busca pelo material original de Euler, que hoje



37

se encontra disponível em sites12 ou livros13. O material original, em sua grande

maioria, está escrito em Latim e alguns em alemão. Utilizamos as traduções destes

trabalhos para o inglês, também disponíveis nos locais já citados.

A relação de Euler, tal como a conhecemos, na verdade passou por muitos

matemáticos: Descartes, Euler, Cauchy,... Essa não foi, assim como muitos assun-

tos da matemática ou muitos assuntos científicos, uma propriedade criada, mas sim

uma propriedade que surgiu da curiosidade, da investigação de uma pessoa, neste

caso específico um matemático, e se desenvolveu em assunto importante dentro da

Matemática.

4.1 Leonhard Euler

Leonhard Euler nasceu em Basiléia (Suíça) em 1707, filho de Paul Euler e Mar-

garete Brucker. Paul foi ministro Protestante, graduado em Teologia pela Universi-

dade de Basiléia. Durante o curso de graduação, fez amizade com Johann Bernoulli,

e costumava freqüentar a casa dos Bernoulli. Dessa forma, foi capaz de dar uma

educação elementar, incluindo matemática, para seu filho Leonhard. Nesta época,

a família Euler havia se mudado para uma pequena vila chamada Riehen, próxima

a Basiléia.

Leonhard Euler foi enviado à Basiléia para dar continuidade aos estudos, pois seu

pai tinha esperança que este seguisse a tradição da família e se tornasse um ministro

Protestante também. Morou com a avó materna em Basiléia, na fase do ginásio,

estudando numa região pobre, onde a Matemática ensinada era muito elementar e

Euler já tinha interesse por esta área devido aos ensinamentos de seu pai. Decidiu

procurar alguém que pudesse o auxiliar na aprendizagem de uma Matemática mais

complexa. Foi então que contratou um matemático amador, Johann Burckhardt,
12Como por exemplo: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Mathematicians/Euler.html.

Acesso em 09 set. 2008.
13Biggs, Lloyd e Wilson. Graph Theory -1736 - 1936.



38

com quem teve aulas particulares.

No outono de 1720, Paul enviou seu filho para a Universidade de Basiléia, com o

propósito de que este estudasse Filosofia. Johann Bernoulli era professor nesta Uni-

versidade e conduzia estudos elevados em Matemática e Física para aqueles que se

interessavam. Aproveitando-se da oportunidade, Leonhard estudou todos os assun-

tos pedidos por Johann, mas isto não o satisfez. Resolveu pedir aulas particulares

a Johann, que negou o pedido, pois havia assumido muitos compromissos e não dis-

punha de tempo para tal tarefa. Mesmo assim, indicou alguns livros de Matemática

avançada, para que estudasse sozinho e, no caso de dúvidas, deu permissão a ele

para que o procurasse em sua casa nos sábados a tarde.

Em 1723, Euler completou seus estudos em Filosofia com um trabalho que com-

parava e contrastava as idéias filosóficas de Descartes e Newton. Apesar de Euler ter

sido cristão a vida inteira, não se entusiasmava com os estudos e pesquisas teológi-

cos. Ele mostrava grande interesse mesmo era pela Matemática e Física. Contando

com a ajuda de Johann Bernoulli Euler, enfim, conseguiu o consentimento do pai

para que estudasse Matemática.

Em 1726 terminou seus estudos na Universidade de Basiléia e, no outono deste

mesmo ano, foi para a Academia de Ciências de São Petersburgo, na Rússia, a

convite de seus amigos, filhos de Johann Bernoulli, Nikolaus II e Daniel, para ser

professor adjunto na cadeira de Fisiologia, mas não chegou a lecionar nesta área.

Foi indicado para a cadeira de Matemática e Física. Já em 1730, Euler fica com

a cadeira de professor de Física da Academia. E em 1733, com a volta de Daniel

Bernoulli para Basiléia, Euler fica com a cadeira de professor de Matemática.

Na Academia, Euler fez grandes amigos: Jackob Hermann, analista, geômetra,

e especialista em mecânica teórica; Daniel Bernoulli, com interesse comum ao de

Euler na área da Matemática Aplicada; Christian Goldbach, com quem Euler discu-

tiu muitos problemas de análise e de teoria dos números; F. Maier, trabalhando na

Trigonometria; o astrônomo e geógrafo J. N. Delisle. Euler costumava se correspon-



39

der com seus amigos matemáticos, para relatar suas descobertas matemáticas antes

mesmo de publicá-las. Esta prática rendia maior fama à Euler e maior credibilidade

em seus trabalhos, já que cada amigo se encontrava em centros de estudos diferentes,

espalhados em vários países.

No final de 1733, Euler casou-se com Katharina Gsell, com quem teve treze

filhos. O primeiro nasceu em 1734, Johann Albrecht. O segundo, Karl, em 1740. O

terceiro, Christoph, em 1744 e, em seguida, duas meninas. Oito de seus treze filhos

morreram ainda na infância. Em 1738 uma doença causou-lhe a perda da visão

direita.



40

Abaixo podemos observar uma imagem de Euler14.

Figura 21: O matemático Euler.

Em 1771 perdeu totalmente a visão e, mesmo sem enxergar, conseguia fazer

cálculos mentalmente. Contando com a ajuda de seus filhos Johann Albrecht e

Christoph, dos acadêmicos W. L. Krafft e A. J. Lexell e dos dois novos discípulos N.

Fuss e M. E. Golovin, os trabalhos foram executados. Os colaboradores tomavam

nota das idéias de Euler e, posteriormente, as encaminhavam para a publicação.

Euler morreu vítima de uma hemorragia cerebral, na cidade de São Petersburgo

(Rússia) em 18 de setembro de 1783, enquanto passava uma lição de Matemática

para um de seus netos e discutia com Lexell e Fuss a recente descoberta do planeta

Urano.

Entre suas mais de oitocentas publicações, entre livros e artigos, estão: “ Solu-

tio Problematis ad Geometriam situs Pertinentis”, e “ Demonstratio nonnullarum

insignium proprieatatum, quibus solida hedris planis inclusa sunt praedita”, que se-

gundo Katz (1993) deram início aos estudos da Topologia, ramo da Matemática de
14Imagem capturada em 09/09/2008 no endereço http://www-history.mcs.st-

andrews.ac.uk/Mathematicians/Euler.html.



41

grande importância para as ciências como um todo.

4.2 O anúncio da descoberta

Apesar de Euler ter estudado as obras filosóficas de Descartes, não há registros

que comprovem a existência dos cálculos, ou anotações dos pensamentos, sobre a

propriedade para os sólidos feitos, nesta época, por este último. Anos mais tarde,

descobriu-se a existência de manuscritos, que não chegaram ao conhecimento de

Euler porque Descartes não os publicou. Somente tornaram-se públicos quando

Leibniz os copiou e assim, em 1860, foram publicados por Foucher de Careil15.

Então Euler, por ter realizado uma alteração revolucionária nos conceitos de

vértices, arestas e faces nos sólidos limitados por faces planas, e publicando seus

resultados obtidos, é considerado o primeiro a trabalhar com este resultado e, por

este motivo leva o seu nome: “ Relação de Euler”. Antes, porém, da publicação dos

resultados, relatou a descoberta sobre as propriedades observadas para os sólidos em

uma carta, como fazia comumente aos amigos e, neste caso, em especial a Goldbach.

(...) Um conhecimento histórico pode estar implícito nos problemas suscitados

na atividade ou explícito nos textos históricos resgatados de fontes primárias

(textos originais, documentos ou outros artefatos históricos). (MENDES,

2006, p.106)

Euler inicia a carta contando sobre sua determinação em encontrar a propriedade

e também explicando que a idéia de encontrá-la, assim como a de concluir satisfato-

riamente sua demonstração, deveria ter acontecido antes, já que a propriedade para

os polígonos era conhecida.

Cita, então, as propriedades dos polígonos:

1. Em toda figura plana o número de lados é igual ao número de ângulos,
15Lakatos (1978, p.20, obs. 1).



42

2. A soma de todos os ângulos é igual ao número de ângulos retos os quais são

quatro unidades menores que duas vezes o número de lados.16

Comentário: Podemos dar uma sugestão de investigação aos alunos.

Exercício 4.1. O que são figuras retílineas planas que Euler cita? Defina com suas

palavras o que são figuras retílineas planas.

Exercício 4.2. Verifique se as figuras a seguir representam figuras retilíneas planas.

Explique o por quê de serem ou não figuras retílines planas.

Figura 22: (a) Figura 23: (b)

16As propriedades foram traduzidas para o português da tradução para o inglês

da carta original de Euler à Goldbach disponível no site http://www-history.mcs.st-

andrews.ac.uk/Biographies/Euler.html. Consulta realizada em 27/05/2009.



43

Figura 24: (c) Figura 25: (d)

Figura 26: (e) Figura 27: (f)

Figura 28: (g) Figura 29: (h)

Exercício 4.3. Verifique para as figuras acima, se a propriedade (1) (o número de



44

lados é igual à quantidade de ângulos) se verifica. Observe que a propriedade só é

válida para as figuras retilíneas planas.

Exercício 4.4. A segunda propriedade que Euler cita é

S = 2 · n− 4

Como exemplo, verifiquemos para o triângulo que possui três lados. Logo, n = 3 e

portanto

2 · 3− 4 = 2

assim, o triângulo possui dois ângulos retos. Utilize o mesmo procedimento e veri-

fique a segunda propriedade para as figuras retílineas planas do exercício 4.2.

Observação: No exercício dado acima, gostaríamos que os alunos chegassem as

seguintes conclusões:

1. Para o triângulo temos,

180
◦

= 1 · (2 · 90
◦
) = 2 ângulos retos.

2. O quadrado é formado por dois triângulos, logo

360
◦

= 2 · (2 · 90
◦
) = 4 ângulos retos.

3. O pentágono possui três triângulos em seu interior, assim

540
◦

= 3 · (2 · 90
◦
) = 6 ângulos retos.

4. O hexágono tem 4 triângulos,

720
◦

= 4 · (2 · 90
◦
) = 8 ângulos retos.

Verificamos que o número que aparece antes do parênteses representa a quanti-

dade de lados do polígono menos dois. Hoje, esta mesma propriedade é trabalhada



45

no Ensino Fundamental e revista no Ensino Médio nos referimos a ela como: a soma

dos ângulos internos de um polígono convexo17 é dada por:

Si = (n− 2) · 180
◦

onde Si representa a soma dos ângulos internos de um polígono e n o número de

lados.

Façamos a relação entre a fórmula dada por Euler, S = 2 · n − 4 e a fórmula

encontrada nos livros didáticos atuais Si = (n− 2) · 180
◦ . Pela definição de Euler

S = 2 · n− 4

ângulos retos.

S = 2 · (n− 2)

ângulos retos

S = (n− 2) · 2

ângulos retos, mas 2 ângulos retos é igual a 180◦, assim

S = (n− 2) · 180
◦

Exercício 4.5. Euler viveu no século XVIII e afirma que as propriedades das figuras

planas já eram conhecidas e, portanto as figuras também. Desde quando estas figuras

planas são conhecidas? Faça uma pesquisa.

4.2.1 Demonstração de Euler das propriedades das figuras retilíneas

planas

Euler inicia o trabalho publicado em 1758, comentando sobre a sua observação

à respeito das propriedades válidas para a Geometria Plana e seu desapontamento
17Não comentamos ainda, sobre polígonos convexos. Será assunto da seção 4.2.2.



46

quanto à não descoberta, ou não preocupação com a validade para as mesmas pro-

priedades agora nos sólidos.

Inicia comentando sobre seu método de prova e faz uma importante observação

quanto à demonstração dos sólidos. Analisa que se dividir as figuras planas em

triângulos, que são as figuras mais simples, também poderá dividir os sólidos em

pirâmides de base triangular que, conseqüentemente, são os sólidos mais simples.

Observa, então, que dada uma figura plana (Fig. 30) de lados ABCDEFGA, e

se o triângulo CDE for cortado pela linha CE, então a figura que sobrará será

ABCEFGA, e o número de ângulos será subtraído por uma unidade. Se novamente,

o triângulo CFE for cortado pela linha CF restará a figura ABCFGA. Se o próximo

corte remover o triângulo BCF e, em seguida, o triângulo BGF, finalmente sobrará

somente o triângulo ABG.

Figura 30

Desta divisão, ambas as propriedades das figuras planas, podem ser provadas.

Provemos a primeira propriedade, que diz que em qualquer figura plana o número

de lados é igual ao número da ângulos.

Demonstração:

Seja o número de lados da figura ABCDEFG igual a L e o número dos seus

ângulos igual a A. Se o ângulo D for cortado por uma linha reta CE , o número de



47

ângulos restantes na figura será igual a A−1. Os dois lados CD e DE da figura foram

removidos pelo corte, mas em seu lugar um novo lado CE foi adicionado, assim o

número de lados será igual a L− 1.

Se outro ângulo for cortado, o número de ângulos agora será igual a A − 2 e o

número de lados iguais a L− 2.

Se procedermos desta forma, até que n ângulos possam ser cortados, o número

de ângulos na figura restante será igual a A− n e o número de lados igual a L− n.

Quando sobrar apenas um triângulo, A− n = 3 e L− n = 3, segue que L = A. Ou

seja, em qualquer figura retilínea o número de lados é igual ao número de ângulos.

Provemos a segunda propriedade, ou seja, a soma dos ângulos é igual ao número

de ângulos retos que são quatro unidades inferiores que duas vezes o número de

lados.

Demonstração: Seja R o número de ângulos retos de todos os ângulos propostos na

figura ABCDEFG. Com a remoção de ângulo D, ou seja, na remoção do triângulo

CDE, os três ângulos do triângulo CDE seriam removidos dos ângulos da figura.

Mas os ângulos removidos são iguais a dois ângulos retos, e a soma dos ângulos da

figura restante ABCEFG será igual a R − 2 ângulos retos. E o número de ângulos

agora será igual a A− 1.

Se outro ângulo for cortado, o número de ângulos será igual a A− 2, e sua soma

será igual a R− 4 ângulos retos.

Removendo n ângulos o número dos ângulos na figura restante será A − n e a

sua soma R− 2n ângulos retos.

Quando a figura restante for um triângulo, teremos A − n = 3, a soma dos

ângulos será igual a dois ângulos retos, logo R− 2n = 2.

Assim 2A − 2n = 6, e se, subtrairmos a equação anterior, então 2A − R = 4.

Em outras palavras, R = 2A− 4 = 2L− 4. Em qualquer polígono a soma de todos



48

os ângulos é igual ao número de ângulos retos, que é quatro inferior a duas vezes o

número de lados.

4.2.2 Polígonos

Com relação a Geometria Plana, os registros mostram que as antigas civilizações

Egípcia, Babilônica e Chinesa já sabiam como calcular áreas de figuras simples,

como áreas de retângulos (A = b× h) e triângulos (A = B×h
2

).

As medidas da área do círculo e do comprimento da circunferência, no entanto,

se tornaram um problema para estas civilizações. No papiro de Rhind18, mais exa-

tamente no problema 48, observamos a preocupação de encontrar tais medidas.

Neste problema é mostrada a figura de um octógono inscrito num quadrado de

lado 9. Não existe uma resolução do problema, somente uma comparação entre os

cálculos 8 × 8 = 64 e 9 × 9 = 81. Mas se nos esboços tivessem inscrito um círculo

no mesmo quadrado, eles poderiam ter visto que sua área era, aproximadamente, a

do octógono e, assim, poderiam ter prosseguido nos estudos e encontrado a solução

para o problema.

Platão que viveu por volta de 429 - 347 a.C. fundou, em 385 a.C, uma academia

em Atenas, a Academia de Platão. Nesta academia eram conduzidos seminários de

matemática e filosofia. Platão e seus discípulos obtiveram conquistas significativas

na questão da quadratura do círculo (que consiste em construir um quadrado com a

mesma área de um círculo dado) e da duplicação do cubo (que consiste em construir

um cubo com o dobro do volume de um cubo dado), trabalhou com questões de

incomensurabilidade e impulsionou os estudos sobre a teoria das proporções.

Observamos que os polígonos já eram muito utilizados pelos matemáticos, mas

não existe registro de quando surgiram. Apenas estudos de algumas civilizações
18Data de cerca de 1650 anos antes de Cristo, é o mais extenso documento existente sobre a

Matemática do Antigo Egito.



49

registrados em papirus. No entanto, o matemático Euclides19 escreveu treze livros,

intitulados Os Elementos. Nesta obra ele “organizou” a geometria da época e a

nossa também, tanto é que hoje estudamos Geometria Euclidiana e Geometrias não

Euclidianas, tornando-se, assim, a obra matemática mais importante do Mundo

Grego (e do mundo em geral, perdendo somente para a Bíblia como obra mais

editada e traduzida), escrita por volta de 2300 anos atrás.

Definição 4.6. Figura retilínea plana ou polígono é toda figura fechada, desenhada

em superfície plana, formada apenas por segmentos de reta.

Exemplos:
19Não sabemos sobre a vida deste matemático, o pouco se sabe de sua vida, e o que se conhece,

data de 750 anos depois de sua passagem na Terra, num comentário feito por Proclus (410 a 485

a.C.), que dizia “ Não muito mais jovem que este Hermotimus de Colophon e Philippus de Medma

é Euclides, quem colocou junto aos Elementos, muitas coleções de teoremas de Eudoxus, muitas

melhorias de Theaetetus, e também trouxe a demonstração incontestável de coisas as quais foram

somente algo vagamente provado pelos seus antecessores. Este homem viveu no tempo do primeiro

Ptolomeu. Archimedes, quem veio imediatamente depois do primeiro Ptolomeu, fez menção à

Euclides: e, além do mais, eles dizem que Ptolomeu uma vez questionou-o se existia na geometria

qualquer caminho mais curto que os elementos, e ele respondeu que não existia nenhum caminho

para a geometria real. Ele é então mais jovem que os discípulos de Platão, mas mais velho que

Eratosthenes e Archimedes; para o último foi contemporâneo com o primeiro, como Eratosthenes

disse.”



50

Figura 31: Polígono(a) Figura 32: Polígono(b)

Figura 33: Polígono(c)

Figura 34: Polígono(d) Figura 35: Polígono(e)

Observemos que as figuras acima, dadas como exemplos de polígonos, são de

diferentes formas. Por este motivo são classificados em grupos que possuem as

mesmas características.



51

• Polígonos cujos segmentos não se cruzam são denominados Polígonos Simples.

Se possuírem segmentos que se cruzam, recebem o nome de Polígonos não

Simples.

Figura 36: Polígono sim-

ples

Figura 37: Polígono não

simples

• São chamados de Côncavos os polígonos que apresentam mais de dois pontos

ao passarmos uma reta por dois de seus lados. E se apenas encontrarmos dois

pontos serão denominados Polígonos Convexos.

Figura 38: Polígono Côn-

cavo

Figura 39: Polígono Con-

vexo

• Polígonos simples, convexos, cujos lados são congruentes (possuem a mesma

medida) e ângulos congruentes, são chamados de Polígonos Regulares. Polí-



52

gonos simples, convexos cujas medidas dos lados e dos ângulos não são con-

gruentes, são denominados Polígonos não Regulares

Figura 40: Polígono re-

gular

Figura 41: Polígono não

regular

4.2.3 Poliedros

Voltando à carta de Euler, observamos que as suas considerações agora se voltam

para os sólidos, e é aqui que está a inovação na propriedade. Euler inicia dizendo

que “ Considerando que, para figuras planas, somente os lados e ângulos devem ser

considerados, para o caso dos sólidos mais partes devem ser levadas em consideração,

a saber:

• As faces, cujo número = H;

• Os ângulos sólidos20, cujo número = S;

• A ligação onde duas faces vem juntas lado a lado, a qual, por falta de uma

palavra melhor, chamarei “aresta”, cujo número = A;

• Os lados de todas as faces, o número de todos somados = L;
20Ângulos sólidos são os ângulos dos sólidos, ou seja, os vértices do poliedro.



53

• Os ângulos planos de todas as faces, o número total = P ”.

Euler faz estas notações por considerar o trabalho com os sólidos algo novo, e

realmente o é, no que diz respeito à esta propriedade, a qual está tentando provar ser

verdadeira e, assim, considera elementos novos para os sólidos. É somente através

destes elementos novos que foi possível determinar o caráter topológico do poliedro,

e caracterizar a propriedade dos sólidos.

Euler ainda faz referência aos polígonos, pois considera somente os sólidos que

são limitados por faces planas e, por este motivo, observa os lados de todas as faces,

somando todos, e os ângulos planos, que são os vértices dos polígonos, o número

total.

Com relação a estes cinco itens Euler conclui ao amigo Goldbach:

• É claro que P = L, desde que em cada face o número de ângulos, seja igual

ao número de lados. Esta é a primeira propriedade dos polígonos.

• Também, A = 1
2
·P , pois dois lados de faces diferentes devem estar juntos para

formar uma aresta.

• Então o número de lados, ou de ângulos planos, de todas as faces cercando o

sólido é sempre igual.

•
P = L ⇒

⎧⎨
⎩

L = 3HouL > 3H

P = 3S ouP > 3S

Euler ainda comenta que as cinco primeiras propriedades são “óbvias”. Porém

faz uma ressalva sobre as propriedades abaixo 1, 2, 3, 4, 5 e 6: “Mas eu já não

posso dar uma prova inteiramente satisfatória das seguintes proposições:”

1. Em todo sólido limitado por faces planas, a soma do número de faces com o

número de ângulos sólidos excede por dois o número de arestas, ou



54

H + S = A + 2

ou

H + S =
1

2
L + 2 =

1

2
P + 2.

2. É impossível que A + 6 > 3H ou A + 6 > 3S.

3. É impossível que H + 4 > 2S ou S + 4 > 2H.

4. Nenhum sólido pode ser formado cujas faces tenham 6 ou mais lados, nem

cujos ângulos estejam unidos de seis ou mais ângulos planos.

5. A soma de todos os ângulos planos os quais ocorrem no sólido é igual para

muitos ângulos retos como

4A− 4H.

6. A soma de todos os ângulos planos é igual a quatro vezes, como muitos ângulos

retos, quanto há ângulos sólidos, menos oito, que é

P = 4S − 8

ângulos retos.

Figura 42: Prisma de Base Triangular

Exemplo 4.7. Considere o prisma triangular acima, onde:



55

1. O número de faces, H = 5;

2. O número de ângulos sólidos, S = 6;

3. O número de arestas (ab, ac, bc, ad, be, cf, de, df, ef), A = 9;

4. O número de lados e ângulos planos, L = P = 18. Este sólido é limitado por

dois triângulos e três quadriláteros, então

L = P = 2 · 3 + 3 · 4 = 18.

5. Agora, de acordo com o Teorema 1:

H + S = A + 2

5 + 6 = 9 + 2

11 = 11

Além disso, a soma de todos os ângulos planos P é igual a 16 ângulos retos,

pois dois triângulos possuem 4 ângulos retos e três quadriláteros, 12 ângulos

retos. Assim:

P = 4(A−H) = 4S − 8

4(9− 5) = 4 · 6− 8

16 = 16

ângulos retos.

Conclui a carta dizendo estar surpreso que tal resultado geral na geometria só-

lida não tenha sido previamente percebido por alguém. A seguir, sugerimos alguns

exercícios que podem ser aplicados na sala de aula.



56

Exercício 4.8. Construa um sólido limitado por faces planas ou como hoje de-

nominamos, poliedro. Essas faces devem, inicialmente, ser formadas apenas por

triângulos. Use a menor quantidade de triângulos possível para que o poliedro fique

fechado.

O aluno deve investigar se poderá usar, nesta atividade, qualquer triângulo e

a quantidade de triângulos que ele deverá utilizar para formar o poliedro. Deve-

mos tomar cuidado, pois os alunos tentam forçar uma construção com apenas três

polígonos. Devemos lembrá-los que a face do poliedro não pode ficar deformada.

O aluno deve observar que não é qualquer tipo de triângulo que irá construir um

poliedro. Devemos escolher um tipo em que as arestas tenham o mesmo tamanho e

os ângulos as mesmas aberturas, isto é, devemos fazer uso dos polígonos regulares

para formar o sólido. Observe também que com dois triângulos eqüiláteros não se

consegue constituir um vértice de um poliedro, pois um ângulo sólido tem que ser

constituído por pelo menos três planos. A partir daí propor novas atividades:

Exercício 4.9. No sólido construído a partir de triângulos, verifique: o número

de ângulos sólidos (vértices) S, o número de arestas A e o número de faces H. O

teorema 1, H +S = A+ 2, é válido para este sólido? Quantos ângulos retos possui?

Exercício 4.10. Ainda usando somente triângulos, construa outro poliedro. Iden-

tifique a quantidade de ângulos sólidos (vértices) S, de arestas A e de faces H.

Podemos verificar o teorema 1? Quantos ângulos retos possui este sólido?

Esta atividade pode ter como resultado um poliedro não regular. Os alunos de-

vem investigar a quantidade de ângulos planos que formam cada ângulo dos poliedros

construídos. Se a quantidade de ângulos planos, que formam o ângulo sólido, for

igual é um poliedro regular. O contrário, é um poliedro não regular.

Exercício 4.11. Agora tente usar o quadrado como faces que limitam o poliedro.

Podemos verificar o teorema 1? Quantos ângulos retos possui este sólido?



57

Exercício 4.12. Usando o pentágono como polígono que limita o sólido, construa

um poliedro. Podemos verificar o teorema 1? Quantos ângulos retos possui este

sólido?

Exercício 4.13. Usando o hexágono, será possível construir um poliedro regular?

Podemos verificar o teorema 1? Quantos ângulos retos possui este sólido?

O 13
o livro de Os Elementos, trata dos cinco então chamados de Poliedros de

Platão, os quais, no entanto, não pertenciam à Platão. Três destas figuras são de

direito natural dos Pitagóricos: o cubo, a pirâmide e o dodecaedro, enquanto o

octaedro e o icosaedro são de direito de Theaetetus.

Theaetetus (que morreu por volta de 369 a.C.) foi o primeiro a escrever so-

bre estes dois últimos poliedros, o que não exclui a possibilidade de que outros

matemáticos da época tenham escrito sobre o dodecaedro. No 13
◦ livro de Euclides

existe um estudo dedicado a estes sólidos, inclusive com as construções deles, usando

somente régua e compasso, e uma demonstração de que realmente são apenas cinco

os poliedros regulares.

No ano de 1758, Euler publica um novo trabalho, intitulado “ Demonstratio non-

nullarum insignium proprieatatum, quibus solida hedris planis inclusa sunt praedita”

no qual descreve todas as onze propriedades encontradas e citadas na carta e dá o

rigor matemático para a sua descoberta, como veremos a seguir.

4.2.4 Demonstração de Euler sobre a propriedade dos sólidos limitados

por faces planas

Euler inicia sua demonstração assim como inicia sua carta ao amigo Goldbach,

relatando as propriedades dos polígonos: “ Assim como as figuras planas, cuja na-

tureza são investigadas na Geometria, apresentam algumas propriedades gerais bem

conhecidas, tais como o número de ângulos é igual ao número de lados e que a

soma dos ângulos é igual ao número de ângulos retos, os quais são quatro unidades



58

inferiores a duas vezes o número de lados, então, recentemente, tenho seguido os

princípios de uma Geometria Sólida do mesmo tipo, incluindo propriedades seme-

lhantes aos sólidos limitados por faces planas.”

No entanto, afirma que as propriedades gerais dos sólidos, que naquela época

ainda careciam de prova, dependiam de uma propriedade que, se fosse possível

demonstrá-la, então todos os princípios da Geometria Sólida21 que Euler propôs

seria igualmente forte às da Geometria. A propriedade que Euler trabalha é:

“Em todo sólido limitado por faces planas, o número de ângulos sólidos, junta-

mente com o número de faces, excede o número de arestas por dois.”

A partir desta propriedade, afirma que outras, igualmente notáveis e comuns

para todos os sólidos deste tipo (limitados por faces planas), se derivam, tais como:

Em todo sólido limitado por faces planas, a soma de todos os ângulos planos

que formam o ângulo sólido é igual ao número de ângulos retos que é oito unidades

inferior a quatro vezes o número de ângulos sólidos.

Comenta que as duas propriedades estão interligadas tal que, se uma for provada,

então a outra também será. Também relata que chegou à provas semelhantes às

usualmente utilizadas para as proposições análogas da Geometria. Começou com a

propriedade relativa à soma dos ângulos de qualquer figura retilínea. Na Geometria,

qualquer figura retilínea, em última análise, pode ser reduzida a um triângulo por

sucessivas divisões de ângulos. Da mesma forma, dado um sólido qualquer deli-

mitado por faces planas, observou que os ângulos sólidos podem ser continuamente

divididos até que, finalmente, sobre apenas uma pirâmide triangular. Lembrando

que uma pirâmide triangular é a figura mais simples entre os sólidos.

Percebeu que, com base em suas propriedades conhecidas, poderia generalizar

para as propriedades de todos os sólidos. Em qualquer pirâmide triangular, o número

de ângulos sólidos (S) são quatro, o número de faces (H) são quatro e o número de
21Euler chamou de Geometria Sólida a geometria que tratava dos sólidos, e chamou apenas de

Geometria a que trata de figuras planas.



59

arestas (A) são seis, cujo dobro são doze, o que dá o número de ângulos planos, cuja

soma é igual a oito ângulos retos.

Assim, da mesma maneira em que obteve, a partir dos cortes de figuras retilíneas,

as duas propriedades fundamentais destas figuras, Euler inicia uma investigação para

os sólidos. Comenta que por sucessivos cortes de ângulos sólidos, reduzirá todos os

sólidos limitados por faces planas à pirâmides triangulares. E, desta forma, concluirá

sua demonstração, como para os polígonos.

Proposição 4.14. Dado um sólido fechado em todos os lados por faces planas,

cortando um ângulo sólido do sólido, o número de ângulos sólidos no sólido resultante

será menor por uma unidade.

Figura 43: Sólido

Demonstração:

Seja O (Fig. 43) o ângulo sólido à ser cortado, onde as arestas AO, BO, CO,

DO, EO, FO encontram-se de tal forma que O é formado pelos ângulos planos AOB,

BOC, COD, DOE, EOF, FOA, e os pontos A, B, C, D, E, F que representam os

ângulos sólidos da base do corpo que estão conectados por O através das linhas retas

AO, BO, CO, DO, EO, FO. Uma parte deve ser separada do sólido, de modo que



60

o ângulo sólido O seja completamente removido, sem, no entanto, formar um novo

ângulo sólido. Assim, o primeiro corte deve ser feito através de um ângulo da base.

Iniciemos por cortar o ângulo B, pelo plano ABC. Façamos um corte que atinja

os ângulos A e C, depois, passando por O ao longo de AOC. Desta forma a pirâmide

triangular OABC será cortada do sólido. Fazendo o corte em AC, direcionado para

o ângulo F através do plano AFC, cortemos o ângulo O corte ao longo de FOC tal

que a pirâmide triangular OACF seja separada. Em seguida, cortemos o sólido ao

longo do plano CDF e outro corte de O à DF, retireremos a pirâmide triangular

OCDF. Finalmente, façamos um corte junto à DEF resultando na pirâmide triangu-

lar ODEF. E assim o ângulo sólido O terá sido completamente cortado. O restante

dos ângulos sólidos permanecerão e nenhum novo ângulo sólido terá sido formado

pelos cortes, o número de ângulos sólidos no sólido resultante será diminuído por

um.

Em seguida, Euler enuncia seis corolários, que são consequências diretas da

proposição provada, na sala de aula podem ser incorporados como forma de tes-

tar possíveis conjecturas.

Corolário 4.15. Se o sólido for uma pirâmide triangular será completamente re-

movida por um corte deste tipo de modo que nada será deixado. Mas, porque demos

início a esse corte, a fim de reduzir o sólido para uma pirâmide triangular, e se já

é uma pirâmide deste tipo não haverá, claramente, necessidade para o corte.

Corolário 4.16. Se um ângulo sólido O, for cortado a partir do sólido que é formado

por apenas três ângulos planos, ou seja, se apenas três arestas se juntam nele, então

ele será separado do sólido por um corte único e desta forma uma única pirâmide

triangular será removida.

Corolário 4.17. Se o ângulo sólido O for formado por quatro ângulos planos e os

mesmos número de arestas se juntam nele, então duas pirâmides triangulares devem



61

ser cortadas, a fim de removê-lo. Isto pode ser feito de duas formas (Fig. 44): duas

pirâmides serão cortadas, OABC e OACD ou OABD e OBCD. E se os pontos A, B,

C, D não estão no mesmo plano os sólidos resultantes terão uma forma diferente.

Figura 44: Corte de sólidos.

Corolário 4.18. Se o ângulo sólido for formado por cinco ângulos planos e as linhas

retas que se encontram, são estendidas para cinco outros ângulos sólidos, então o

ângulo O será cortado, separando três pirâmides triangulares. Isto pode ser realizado

de cinco maneiras diferentes, que também dão origem a diferentes sólidos, salvo os

cinco ângulos sólidos da base que estão situados no mesmo plano.

Corolário 4.19. O corte de um ângulo sólido pode ser realizado em qualquer ângulo

do sólido proposto e, a menos que apenas três ângulos planos juntos formem o ângulo

sólido, o corte pode ser realizado de várias maneiras. Portanto, é evidente que, a

menos que já seja uma pirâmide triangular, qualquer corpo sólido pode ser desfalcado

de um ângulo sólido de muitas maneiras.



62

Corolário 4.20. Assim, não importa quantos ângulos sólidos o corpo proposto pos-

sui, desde que o número seja diminuído continuamente por um e desta forma, quando

apenas quatro ângulos sólidos permanecer, terá sido reduzida a uma pirâmide tri-

angular, porque cada parte que foi removida é uma pirâmide triangular. Por este

método, o sólido inteiro será dividido em pirâmides triangulares.

Estudo

Se o número de ângulos sólidos no corpo proposto for igual a S, então, depois

que um deles for cortado da maneira indicada, o número de ângulos sólidos no corpo

resultante será S - 1.

Se o sólido proposto for uma pirâmide triangular (Fig. 45), então quando um ân-

gulo for cortado toda pirâmide será removida ao mesmo tempo e nada permanecerá.

Pois, quando um corte é feito ao longo do plano ABC, que constitui a base da

pirâmide OABC, a pirâmide inteira é cortada ao mesmo tempo. Mas neste caso,

podemos deixar a base ABC para trás. Mesmo que seja um plano ou uma figura

dotada de nenhuma espessura, pode ser considerada como a imagem de um sólido

composto por apenas três ângulos, e que deve ser pensado como tendo duas faces e

três arestas.

Figura 45: Pirâmide de base triangular.

Assim, teremos um prisma triangular sem altura em que as faces laterais dimi-

nuem a nada e a base superior, com seus ângulos, cai para a base inferior. Logo,



63

ambas as propriedades acima mencionadas dos sólidos permanecem em vigor.

Neste caso, o número de ângulos sólidos seria igual a três (S = 3), o número de

faces (considerando a face de dentro do polígono e a de fora) igual a dois (H = 2),

e o número de arestas igual a três (A = 3), é claro que S + H = A + 2.

Além disso, a soma dos ângulos planos contidos em cada face é igual a quatro

ângulos retos, cujo número é igual a 4S − 8. A mesma coisa acontece em todas as

pirâmides.

Se um polígono de n lados for a imagem de um sólido, em que o número de

ângulos sólidos fosse S = n, o número de faces H = 2, e o número de arestas A=

n, então S + H = A + 2. Além disso, como cada face é um polígono de n lados, os

ângulos serão iguais a

4n− 8 = 4S − 8

ângulos retos.

Definição 4.21. Faces são as regiões que ficam limitadas pelas arestas.

Exemplo 4.22. O grafo de Königsberg possui 4 ângulos sólidos (vértices), 7 arestas

e 5 faces. O que satisfaz

S + H = A + 2

4 + 5 = 7 + 2

e também satisfaz

4 · S − 8

4 · 5− 8 = 12

ângulos retos.

Exercício 4.23. Complete a tabela a seguir usando as figuras planas, abaixo:



64

Figura 46

Polígono No de Vértices Nofaces No arestas S + H A + 2

(S) (H) (A)

Triângulo

Quadrado

Pentágono

Hexágono

Heptágono

Figura 47: Triângulo Figura 48: Quadrado



65

Figura 49: Pentágono Figura 50: Hexágono

Se pensarmos em reduzir todos os sólidos à pirâmides triangulares, poderemos

concluir que:

• Se os sólidos já forem uma pirâmide deste tipo, não haveria qualquer necessi-

dade de remoção de qualquer ângulo.

• Se for uma pirâmide com uma base de muitos lados, então será conveniente não

cortar o vértice do ângulo, mas um dos ângulos situado na base, que é formado

por apenas três ângulos planos. Desta forma, após o corte, uma pirâmide

permanecerá sempre, cujo número de ângulos sólidos será uma unidade menor.

• Em geral, para qualquer sólido proposto, ele sempre será adequado para o

corte, começando pelo ângulo sólido que é formado de tantos ângulos planos

quanto é possível, para que alguma parcela do sólido permaneça, até que chega

na forma de uma pirâmide triangular.

Proposição 4.24. Se qualquer ângulo sólido for removido de um sólido dado, da

maneira explicada anteriormente, e se o número de ângulos sólidos for diminuído

por um, determinar o número de faces e o número de arestas nos sólidos restantes,

além de determinar o montante de todos os ângulos planos.



66

Demonstração: Seja o número de ângulos sólidos iguais a S, o número de faces

iguais a H, o número de arestas iguais a A e a soma de todos os ângulos planos igual

a R ângulos retos.

Figura 51: Sólido proposto por Euler.

Cortemos o ângulo sólido O (Fig. 51) tal que, o número de ângulos sólidos no

sólido restante seja igual a S−1. Com o corte do ângulo O, todos os ângulos contidos

nos triângulos AOB, BOC, COD, DOE, EOF, e FOA serão subtraídos do cálculo

dos ângulos planos, já que estes triângulos foram separados da superfície do sólido.

Seja n o número desses triângulos. A soma dos ângulos subtraídos será 2n ângulos

retos. Mas, quando esses triângulos forem removidos, as faces do sólido passarão a

serem limitadas pelos triângulos ABC, ACF, CFD, e DFE cujo número será menor

por duas unidades e, assim, é n− 2.

Os ângulos desses triângulos, cuja soma é 2n − 4 ângulos retos, e a soma dos

ângulos planos R, serão diminuídas por 2n ângulos retos, pois foram retirados dois

triângulos, e então, serão aumentados por 2n − 4 ângulos retos já que retirando o

ângulo sólido passamos a ter uma figura plana. Assim, a diminuição total será de 4

ângulos retos.

Logo, no sólido resultante, a soma de todos os ângulos planos será igual a R− 4



67

ângulos retos. Desta forma, qualquer que seja o ângulo sólido cortado, a soma de

todos os ângulos planos será diminuído por 4 ângulos retos.

Provemos a segunda parte da proposição.

Se todas as faces que estão juntas em O forem triangulares, cortando o ângulo

O significa que todas essas faces serão removidas. Se o número dessas faces for n, o

número de faces do sólido H será diminuída por n. Mas, no lugar dessas faces novas

faces triangulares aparecerão na superfície do sólido novos triângulos ABC, ACF,

CFD e DFE, cujo número será n− 2. Assim, o número de faces, que anteriormente

era H, será agora

H − n + (n− 2) = H − 2.

Mas, se acontecer de dois ou mais destes triângulos ficarem situados no mesmo

plano, como os triângulos ABC e ACF exibirão não duas faces triangulares, mas

uma única face quadrilátera, tal que o número de faces será H -3. Se os triângulos

de duas faces cairem no mesmo plano μ vezes, o número de faces igualará H−2−μ.

Mas, se nem todas as faces que se reúnem em O forem triangulares e uma,

por exemplo, AOFQP, for formada por vários lados, no corte do triângulo AOF a

face não será totalmente removida, mas a parte restante AFQP ainda entrará na

contagem de faces. Assim, o número de faces será H − 2− μ + 1. Se entre as faces

que se reúnem em O não forem encontrados em μ faces não triangulares, o número

de faces restantes será H − 2− μ + v.

Quanto ao número de arestas que permanecerão após o corte ao longo do ângulo

O, suponhamos para o início da nossa investigação, que todos as faces que estão

reunidas em O sejam triangulares. Seja o número de arestas OA, OB, OC, OD,

etc., igual a n, que será subtraído do número de arestas do sólido. Mas em seu lugar

surgirão novas arestas AC, CF, FD, cujo número será igual a n−3. Assim, o número

de arestas do sólido restante será

A− n + (n− 3) = A− 3,



68

Mas, se duas delas, ABC e ACF, estiverem situadas no mesmo plano e constituem

um única face, a aresta AC desaparecerá e o número de arestas será A− 3− 1. Se

acontecer que os triângulos de duas tais faces caírem sobre o mesmo plano μ vezes,

como já descrito anteriormente, o número de arestas será A− 3− μ. Além do mais,

se qualquer das faces que formam o ângulo O não for triangular, por exemplo a

face AOFQP, com o separação do triângulo AOF uma nova aresta aparecerá, AF,

e o número de arestas, neste caso, será aumentado por um. Mas se entre as faces

reunidas em O, ν faces são encontradas sendo não triangulares, o número das arestas

do sólido proposto após a remoção do ângulo O será A− 3− μ + ν.

Corolário 4.25. Assim, se num sólido limitado por faces planas um ângulo sólido

for cortado, o número de ângulos sólidos restantes serão iguais a S−1, enquanto que

anteriormente era igual a S, a soma de todos os ângulos do plano será diminuída por

quatro ângulos retos. Em outras palavras, inicialmente tinhamos R ângulos retos,

depois do corte teremos R− 4 ângulos retos.

Corolário 4.26. O número de faces, que anteriormente era igual a H, após o corte

do ângulo O ficará igual a H − 2 − μ + ν, é claramente possível que o número de

faces deixadas de fora viria a ser maior. Isto acontecerá se ν > 2 + μ onde μ e ν

tem valores determinados na solução.

Corolário 4.27. É claro que a mesma coisa pode acontecer no número de arestas,

que antes da remoção do ângulo O era igual a A, agora será encontrada a igualdade

A − 3 − μ + ν. Esse número é maior do que o total se ν > μ + 3. Portanto, neste

caso, o número de faces aumenta ainda mais.

Corolário 4.28. Desde que, na expressão H − 2− μ + ν e A− 3− μ + ν, as letras

μ e ν significam a mesma coisa, é evidente que a diminuição no número de arestas

A é maior do que por uma diminuição do número de faces. Assim, após o corte ao



69

longo de um ângulo sólido, se o número de faces torna-se igual a H − α, o número

de arestas irá tornar-se igual a A− α− 1.

Corolário 4.29. Portanto, conclui-se que a diferença entre o número de faces e o

número de arestas, que no início era igual a A −H, agora, após a remoção de um

ângulo sólido será igual a A − H − 1. Claro que, de qualquer modo que o sólido

resultante for composto, a diferença sempre se tornará menor a um, através do

cálculo das variáveis μ e ν.

Teorema 4.30. Em todo sólido limitado por faces planas, a soma de todos os ân-

gulos planos é igual ao número de ângulos retos que é quatro vezes o número de

ângulos sólidos menos oito; isto é, se o número de ângulos sólidos for igual a S, o

somatório de todos os ângulos planos será igual a 4S − 8 ângulos retos.

Demonstração: Consideremos um sólido qualquer. Seja o número de ângulos

sólidos, deste sólido, igual a S, e a soma de todos os ângulos planos igual a R

ângulos retos. Assim, devemos provar que R = 4S − 8.

Utilizando o método de cortes, façamos um único ângulo sólido ser separado do

sólido, de modo que o número de ângulos sólidos seja igual a S − 1, e a soma dos

ângulos planos igual a R− 4 ângulos retos.

Se um ângulo sólido for novamente cortado, o número restante destes será S−2,

e a soma dos ângulos planos igual a R− 8.

Ao continuar neste caminho, teremos:



70

Número de ângulos sólidos Soma de todos os ângulos planos

S R

S − 1 R− 4

S − 2 R− 8

S − 3 R− 12

. .

. .

. .

S − n R− 4n

Ao chegarmos a S − n ângulos sólidos, a soma dos ângulos planos será igual a

R − 4n ângulos retos. No entanto, quando finalmente chegarmos, a quatro ângulos

sólidos, caso em que o sólido vai assumir a forma de uma pirâmide triangular, a

soma de todos os ângulos planos será igual a 8 ângulos retos. Ou seja, se S−n = 4,

então R− 4n = 8, ou R = 4n + 8. Assim, n = S − 4, e obtemos

R = 4S − 16 + 8 = 4S − 8.

Então, em qualquer sólido a soma dos ângulos planos será igual ao número de ângulos

retos, que é quatro vezes o número de ângulos sólidos menos oito.

Euler assume que um segundo teorema depende deste primeiro. Portanto como

este primeiro está provado, o outro também está. E enuncia o teorema:

Teorema 4.31. Em todo sólido limitado por faces planas, o número de faces junto

com o número de ângulos sólidos excede o número de arestas por dois.

Demonstração: Consideremos um sólido qualquer. Logo:

• Número de ângulos sólidos = S,

• Número de faces = H,



71

• Número de arestas = A.

Como vimos anteriormente, cortando-se um ângulo sólido, o número S será re-

duzido por 1, ou seja, teremos S−1 ângulos sólidos, então a diferença entre o número

de arestas e o número de faces será igual a A−H − 1. Continuando este processo:

Número de ângulos sólidos Excedente do número de arestas

S A−H

S − 1 A−H − 1

S − 2 A−H − 2

S − 3 A−H − 3

. .

. .

. .

S − n A−H − n

Desta forma chegaremos a uma pirâmide triangular em que o número de ângulos

sólidos será igual a 4, o número de faces será igual a 4, e o número de arestas será

igual a 6, de modo que o excedente do número de arestas será igual a dois. É evidente

que, se S − n = 4, então A −H − n = 2. Do que segue que n = S − 4, e portanto

n = A−H − 2. Assim,

S − 4 = A−H − 2

ou,

H + S = A + 2.

Disto resulta que, para cada sólido limitado por faces planas, o número de faces H,

juntamente com o número de ângulos sólidos S excede o número de arestas A, por

dois.

Apesar de ser uma demonstração engenhosa e curiosa, esta não é considerada

uma prova satisfatória para a propriedade de Euler. Usa um método que conduz à



72

resposta, ou seja, utiliza a intuição para chegar que A−H−n é o número de arestas

após sucessivos cortes até que se chega a uma pirâmide triangular. Mas será que

para todo sólido limitado por faces planas conseguiremos fazer cortes, até chegarmos

a uma pirâmide triangular? Desta forma, outros matemáticos, publicaram artigos,

nos quais provam ou fazem novas conjecturas a respeito da “ propriedade geral dos

sólidos limitados por faces planas”. Vamos acompanhar os artigos de Cauchy e

Lhuilier que trabalharam com esta questão.

4.3 Cauchy e suas investigações sobre a Propriedade de Euler

4.3.1 O matemático Cauchy

Augustin - Louis Cauchy, nasceu em 21 de Agosto de 1789 em Paris, França.

Morreu em 22 de Maio de 1857 na cidade de Sceaux (próximo a Paris), França.

Filho mais velho de Louis-François Cauchy e Marie-Madeleine Desestre, recebeu a

educação elementar de seu pai, um funcionário de cargo elevado no parlamento de

Normandy. Aos quinze anos completou seus estudos clássicos na École Centrale Du

Panthéon. Em 1805, então com dezesseis anos, foi admitido na École Polytechnique

e, dois anos depois, foi estudar na École des Ponts et Chaussés, formando-se, assim,

em engenharia. Em 1810 foi para o porto de Cherbourg, onde Napoleão tinha inici-

ado a construção de uma base naval. Nesta ida para Cherbourg, Cauchy carregou

consigo algumas obras matemáticas, tais como Mécanique Céleste de Laplace, Traité

des fonctions analytiques de Lagrange e Imitatio de Vergil e Thomas. Retornou a

Paris em 1813.

Sua carreira matemática iniciou em 1811 quando resolveu o problema que La-

grange havia dado a ele: os ângulos de um poliedro convexo poderiam ser determi-

nados por suas faces? Em 1812 resolveu o problema de Fermat, relativo aos números

poligonais. Também provou um teorema que, mais tarde, daria início a chamada

“ Teoria de Galois”. Em 1814 enviou à Academia da França um tratado, em que



73

definia a integral, que veio a ser a base da teoria das funções complexas.

Em 1818 casou-se com Alöise de Bure, com quem teve duas filhas. Antes, em

1815, Cauchy já tinha se tornado membro da Academia de Ciências como professor

adjunto e depois, em 1816 veio a ser professor da École Polytechnique. Seus textos

escritos para lecionar tornaram-se famosos e então, em 1830, tornou-se professor na

Faculté des Sciences e do Collège de France.

4.3.2 O trabalho de Cauchy: “ Recherches Sur Les Polyèdres”

Destacamos o artigo “Recherches Sur Les Polyédres-Premier Mèmoire” publi-

cado no Journal de l’École Polytechnique 9 capítulo 16, 68-86, no ano de 1813, em

que Cauchy trata do problema de Euler. A demonstração de Cauchy sobre a pro-

priedade de Euler é muito engenhosa e é considerada como a melhor demonstração

publicada sobre os sólidos limitados por faces planas. Daremos destaque para esta

demonstração.

Cauchy inicia seu artigo lembrando que Euler foi o primeiro a determinar, nas

anotações de Petersburgo em 1758, a relação entre os diferentes elementos que for-

mam a superfície de um poliedro; e que Legendre, em seu “ Élements de Géométrie”,

provou o teorema de Euler numa forma mais simples de considerar polígonos esféri-

cos. Cauchy também relata que foi induzido por alguns pesquisadores à fazer uma

nova prova do teorema, o que o levou a um caso mais geral do que aquele de Euler.

Teorema 4.32. Se decompormos um poliedro em tantos outros, de forma a obter

novos vértices em seu interior. Chamaremos de P o número de poliedros novos

assim formados, por S o número total de vértices, incluindo os do poliedro original,

o número total de faces por F , e o número total de arestas por A então:

S + F = A + P + 1 (1)

que representa a soma do número de vértices com o número de faces excedendo por



74

uma unidade a soma do número de arestas com o número do poliedro.

Cauchy comenta que é fácil ver que o teorema de Euler é um caso especial do

teorema acima; basta, para isso, supormos que todo poliedro possa ser reduzido a

um único, e então teremos

P = 1

e a equação (1) torna-se:

S + F = A + 2 (2)

Além disso, deduz da equação (1) um segundo teorema relativo à geometria

plana:

Teorema 4.33. Supondo que todo poliedro pode ser reduzido a um único, destruí-

mos neste último, a face que forma a base e projetando no plano todos os outros

vértices, obtemos uma figura plana composta de vários polígonos fechados em um

dado contorno. Seja F o número destes polígonos, S o número de seus vértices, e

A o número de lados, obtemos a relação entre estes três números fazendo P = 0 na

fórmula geral, e então temos:

S + F = A + 1 (3)

A partir disto concluímos que a soma do número de polígonos e o número de

vértices excede por uma unidade o número de linhas retas, que formam os lados

destes polígonos. Este último teorema é equivalente na geometria plana, do teorema

geral da geometria de poliedros.

Comentário: Poderíamos fazer uso do teorema na sala de aula. Para isto

propomos algumas investigações nos poliedros regulares.

Exemplo 4.34. Seja o triângulo o contorno da figura dada. Dado o ponto O em

seu interior ligue-o aos vértices A, B e C por segmentos de reta.



75

Figura 52: Contorno triangular.

Então S = 4, (A,O,B,C)

F = 3, (AOC, AOB, BOC)

A = 6, (AC, AB, BC, OC, OB,OA).

Logo,

S + F = A + 1

4 + 3 = 6 + 1

o que verifica o teorema.

Exercício 4.35. Tome o quadrado como sendo o contorno de um poliedro. Verifique

se teorema proposto é válido para este poliedro, ou seja, que F + S = A + 1.

Exercício 4.36. Tome o octógono como sendo o contorno de um poliedro. Verifique

se teorema proposto é válido para este poliedro, ou seja, que F + S = A + 1.

Exercício 4.37. Tome o hexágono como sendo o contorno de um poliedro. Verifique

se teorema proposto é válido para este poliedro, ou seja, que F + S = A + 1.

Exercício 4.38. Observe o que acontece com os números F e S nos exercícios

resolvidos. Anote suas conclusões.

Exercício 4.39. O que aconteceu, em cada exercício, com a quantidade de lados do

contorno e o número de arestas?

Cauchy faz um comentário sobre a demonstração do teorema proposto. Diz

que poderíamos provar o teorema geral contido na equação (1) imediatamente e



76

deduzirmos dele, como corolários, os outros dois teoremas. Mas, para ficar mais

clara a demonstração, inicia pelo último teorema, o que contém a equação (3).

Demonstração: Suponhamos que o contorno seja dado por um polígono de n

lados, e que tomemos um ponto em seu interior, o qual ligamos aos n vértices do

polígono através de linhas retas. Os n triângulos formados por estas ligações tornam

o número de vértices igual a S = n + 1, e o número de lados igual a 2 · n; então 2 · n
aumentado por uma unidade é igual a soma de n e n + 1, o qual verifica o teorema.

Agora vamos passar para o caso geral. Supondo que o número F de polígonos

seja limitado num contorno dado, seja S o número de vértices destes polígonos e

A o número de linhas retas que formam seus lados. Decompondo cada polígono

em triângulos, ligamos cada um de seus vértices a um vértice não adjacente pela

diagonal. Se n é o número de diagonais desenhadas nos diferentes polígonos, F + n

será o número de triângulos resultantes na decomposição dos polígonos e A+n será

o número de lados destes triângulos. O número de seus vértices será o mesmo que o

número de vértices do polígono, que é, S.

Agora, supondo remover os triângulos em volta, de tal forma a sobrar somente

um. Começamos com aqueles adicionados ao contorno externo e, depois, removendo

somente aqueles que tenham um ou dois lados ao longo daquele contorno. Seja h′

o número de triângulos que possuem um lado em comum com o contorno externo,

no momento eles serão removidos, e h′′ o número de triângulos que possuem dois

lados em comum com aquele contorno. A destruição de cada triângulo acarretará,

no primeiro caso, a perda de um lado; e no segundo caso, a perda de dois lados e um

vértice. Segue que, quando todos os triângulos exceto um tiverem sido destruídos,

o número de triângulos destruídos será:

h′ + h′′

o número de lados removidos será

h′ + 2h′′



77

e o número de vértices removidos será

h′′.

O número de triângulos restantes será então

F + n− (h′ + h′′) = 1 (1)

o número de lados restantes será

A + n− (h′ + 2h′′) = 3 (2)

e o número de vértices restantes será

S − h′′ = 3 (3).

Se adicionarmos à primeira equação a terceira e subtrairmos a segunda, teremos

S + F − A = 1

ou

S + F = A + 1

o qual está demonstrado.

Cauchy não usa a intuição, mostra um caminho diferente para a demonstração,

o caráter topológico da propriedade. Ao retirar a base dos poliedros e “esticá-los”

notamos que os vértices, as aresta e as faces continuam a ser o que eram antes

da deformação. E essa idéia é que é considerada importante na Matemática. As

demonstrações vistas neste trabalho implicam, como Lakatos diz (1978, p.23), numa

“experiência mental”. É neste sentido que propomos a leitura e sugerimos algumas

atividades, a fim de que os alunos testem o que está escrito, conjecturem e inves-

tiguem sobre o assunto.



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Observe que as provas de Cauchy e Euler estão baseadas nas propriedades de

polígonos e que os poliedros usados por eles, para testarem seus teoremas, são os

denominados poliedros regulares, embora não esteja explícita esta hipótese. Vejamos

o que o matemático Lhuilier pode acrescentar.

4.4 Lhuilier e sua contribuição

4.4.1 Um pouco da vida de Lhuilier

Simon Antoine Jean Lhuilier nasceu em Genebra, Suíça, em 24 de Abril de 1750.

Desde muito jovem demonstrava interesse pela matemática e, na escola secundária,

obteve um brilhante desempenho. Teve aulas com um aluno formado por Leonhard

Euler, Louis Bertrand, na Academia Calvin. Nesta mesma época freqüentou um

curso de Física ministrado por Georges-Louis Le Sage.

Pela influência de Le Sage, Lhuilier escreveu um texto sobr