證明
因為所有簡單多邊形都可切割為一個三角形和另一個簡單多邊形。考慮一個簡單多邊形P,及跟P有一條共同邊的三角形T。若P符合皮克公式,則只要證明P加上T的PT亦符合皮克公式(I),與及三角形符合皮克公式(II),就可根據數學歸納法,對於所有簡單多邊形皮克公式都是成立的。
多邊形
設P和T的共同邊上有c個格點。
P的面積: iP + bP/2 - 1 T的面積: iT + bT/2 - 1 PT的面積: (iT + iP + c - 2) + (bT- c + 2 + bP - c + 2 ) /2 - 1 = iPT + bPT/2 - 1
三角形
證明分三部分:證明以下的圖形符合皮克定理:
所有平行於軸線的矩形; 以上述矩形的兩條鄰邊和對角線組成的直角三角形; 所有三角形(因為它們都可內接於矩形內,將矩形分割成原三角形和至多3個第二點提到的直角三角形)。 [編輯] 矩形設矩形R長邊短邊各有m,n個格點:
AR = (m-1)(n-1) iR = (m-2)(n-2) bR = 2(m+n)-4 iR + bR/2 - 1 = (m-2)(n-2) + (m+n) - 2 - 1 = mn - (m + n) +1 = (m-1)(n-1) 直角三角形易見兩條鄰邊和對角線組成的兩個直角三角形全等,且i,b相等。設其斜邊上有c個格點。
b = m+n+c-3 i = ((m-2)(n-2) - c + 2)/2 i + b/2 - 1 = ((m-2)(n-2) - c + 2)/2 + (m+n+c-3)/2 - 1 = (m-2)(n-2)/2 + (m+n - 3)/2 = (m-1)(n-1)/2
推廣
取格點的組成圖形的面積為一單位。在平行四邊形格點,皮克定理依然成立。套用於任意三角形格點,皮克定理則是A = 2i + b - 2。 對於非簡單的多邊形P,皮克定理A = i + b/2 - χ(P),其中χ(P)表示P的歐拉特徵數。 高維推廣:Ehrhart多項式;一維:植樹問題。 皮克定理和歐拉公式(V-E+F=2)等價
解釋
一張方格紙上,上面畫著縱橫兩組平行線,相鄰平行線之間的距離都相等,這樣兩組平行線的交點,就是所謂格點。
如果取一個格點做原點O,如圖1,取通過這個格點的橫向和縱向兩直線分別做橫坐標軸OX和縱坐標軸OY,並取原來方格邊長做單位長,建立一個坐標系。這時前面所說的格點,顯然就是縱橫兩坐標都是整數的那些點。如圖1中的O、P、Q、M、N都是格點。由於這個緣故,我們又叫格點為整點。
一個多邊形的頂點如果全是格點,這多邊形就叫做格點多邊形。有趣的是,這種格點多邊形的面積計算起來很方便,只要數一下圖形邊線上的點的數目及圖內的點的數目,就可用公式算出。