E em dimensão 3 ? Será válido o teorema de Pick?




O conceito de reticulado tridimensional faz todo o sentido - é constituído por todos os pontos $ (x,y,z)$ de coordenadas inteiras.

É então natural questionarmo-nos se existe uma fórmula de Pick para calcular o volume de um poliedro tridimensonal, cujos vértices pertençam ao reticulado, em termos dos pontos desse reticulado interiores e na fronteira do poliedro.

Esta é uma questão muito mais difíl de responder. De facto, não existe uma fórmula simples que resolva o problema, como podemos constatar através do exemplo seguinte:


Exemplo ... para cada inteiro $ k$ , consideremos o tetraedro cuja base é o triângulo no plano $ xy$ de vértices $ (1,0,0),(1,1,0)$ e $ (0,1,0)$ , e com quarto vértice no ponto $ (0,0,k)$ :

                          

Por favor habilite Java para uma construção interativa (com Cinderella).

Os únicos pontos do reticulado que pertencem a cada um destes tetraedros são os seus quatro vértices.

O problema é que, quando variamos a altura $ k$ do tetraedro obtemos valores diferentes para o seu volume (que é igual a $ k/6$ ).

Aqui está um bom problema para investigação! Veja o artigo de J. E. Reeve, citado na bibliografia.








Bibliografia

  • Dale E. Varberg, ``Pick's theorem revisited", American Mathematial Monthly 92 (1985), 584-587.
  • Duane DeTemple and Jack M. Robertson, ``The equivalence of Euler's and Pick's theorems", Mathematics Teacher, 222-226.
  • Andy C. Liu, ``Lattice points and Pick's theorem", Math. Mag. 52 (1979), 232-235.
  • J. E. Reeve, ``On the volume of lattice polyhedra", Proc. Lond. Math. Soc. 7 (1957), 378-395.
  • Paul R. Scott, ``The fascination of the elementary", American Mathematial Monthly 94 (1987), 759-768.
  • H.S.M. Coxeter, ``Introduction to Geometry", John Wiley, 1961.
  • Keith Ball, ``Stange Curves, counting rabbits, and other mathematical explorations", Princeton Univ. Press, 2003.