Кіріспе
Геометрияда (бұрыштық) ақау (немесе тапшылық немесе жетіспеушілік) дегеніміз, Евклид жазықтығындағы бұрыштарда күтілетін 360° немесе 180° мөлшеріне жете алмай, кейбір бұрыштардың қосындысының жетпеуін білдіреді. Оған қарама-қарсы түсінік – артықшылық. Классикалық түрде ақау екі жағдайда туындайды:
көпбұрыштың төбесіндегі ақау;
гиперболалық үшбұрыштың ақау;
ал артықшылық та екі жағдайда туындайды:
тороидтік көпбұрыштың артықшылығы;
сфералық үшбұрыштың артықшылығы.
Евклид жазықтығында нүктеге жақын бұрыштардың қосындысы 360°-қа тең, ал үшбұрыштың ішкі бұрыштарының қосындысы 180°-қа тең (соответственно, сыртқы бұрыштардың қосындысы 360°-қа тең). Дегенмен, дөңес көпбұрышта төбедегі бұрыштардың қосындысы 360°-дан кем, сфералық үшбұрышта ішкі бұрыштардың қосындысы әрқашан 180°-дан артық (сыртқы бұрыштардың қосындысы 360°-дан кем), ал гиперболалық үшбұрыштағы бұрыштардың қосындысы әрқашан 180°-дан кем (сыртқы бұрыштардың қосындысы 360°-дан артық). Қазіргі заманғы түсіндіру бойынша, төбедегі ақау – бұл сол нүктеде шоғырланған көпбұрышты беттің қисықтығының дискретті түрі, ал Гаусс-Бонне теоремасы жалпы қисықтықты Эйлер сипаттамасымен көбейтілгендей көрсетеді, сондықтан ақаулардың қосындысы .
the defect of a vertex of a polyhedron;
the defect of a hyperbolic triangle;
and the excess also arises in two ways:
the excess of a toroidal polyhedron. the excess of a spherical triangle;
In the Euclidean plane, angles about a point add up to 360°, while interior angles in a triangle add up to 180° (equivalently, exterior angles add up to 360°). However, on a convex polyhedron the angles at a vertex add up to less than 360°, on a spherical triangle the interior angles always add up to more than 180° (the exterior angles add up to less than 360°), and the angles in a hyperbolic triangle always add up to less than 180° (the exterior angles add up to more than 360°). In modern terms, the defect at a vertex is a discrete version of the curvature of the polyhedral surface concentrated at that point, and the Gauss–Bonnet theorem gives the total curvature as times the Euler characteristic , so the sum of the defects is .
Бір ұшының ақаулығы
Көпбұрыш үшін, бір төбедегі ақау 2π минус сол төбедегі барлық бұрыштардың қосындысына тең (барлық жақтар осы төбеде ескеріледі). Егер көпбұрыш дөңес болса, онда әр төбедегі ақау әрқашан оң болады. Егер бұрыштардың қосындысы толық айналымнан артық болса, көптеген дөңес емес көпбұрыштардың кейбір төбелерінде болатындай, ақау теріс болады. Ақау ұғымы жоғары өлшемдерге дейін кеңейеді, бұл жағдайда ұяшықтардың диэдрлік бұрыштарының қосындысы толық шеңберге жетпейтін мөлшер ретінде қарастырылады.
Декарт теоремасы
Декарттың көпбұрыштың "толық ақаулығы" туралы теоремасы, егер көпбұрыш сфераға гомеоморфты болса (яғни сфераға топологиялық жағынан тең, сондықтан оны жыртылмастан созылып, сфераға айналдыруға болады), "толық ақаулық", яғни барлық төбелердің ақаулықтарының қосындысы екі толық шеңберге (немесе 720° немесе 4 радианға) тең. Көпбұрыш дөңес болуы міндетті емес. Жалпылау бойынша, толық ақаудағы шеңберлер саны көпбұрыштың Эйлер сипаттамасына тең. Бұл Гаусс-Бонне теоремасының ерекше жағдайы, ол Гаусс қисықтығының интегралын Эйлер сипаттамасымен байланыстырады. Мұнда Гаусс қисықтығы төбелерде шоғырланған: жақтар мен қабырғаларда Гаусс қисықтығы нөлге тең, ал төбедегі Гаусс қисықтығының интегралы сол жердегі ақауға тең. Бұл көпбұрыштың V төбесінің санын есептеу үшін пайдаланылуы мүмкін, барлық жақтардың бұрыштарын қосып, содан соң толық ақауды қосу арқылы. Бұл қосынды көпбұрыштың әрбір төбесі үшін бір толық шеңберге сай келеді. Көпбұрыш үшін дұрыс Эйлер сипаттамасын қолдануға көңіл болу керек. Бұл теореманың кері тұжырымы Александровтың бірегейлік теоремасымен беріледі, оған сәйкес, оң бұрыштық ақаудың шекті саны 4-ке тең болатын, басқа жағдайларда жергілікті Эвклидтік метрикалық кеңістік, бір ғана жолмен дөңес көпбұрыштың беті ретінде жүзеге асырылуы мүмкін.