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Théorème du point fixe de Brouwer

1911
  • L. E. J. Brouwer
Mathématicien démontrant le théorème du point fixe de Brouwer avec une carte froissée dans un bureau.

(image générée à titre d'illustration uniquement)

Ce théorème stipule que pour toute fonction continue [latex]f[/latex] cartographiant un ensemble convexe compact à lui-même, il existe un point [latex]x_0[/latex] tel que [latex]f(x_0) = x_0[/latex]. Ce point est appelé point fixe. De manière informelle, si vous prenez une carte d'un pays, que vous la chiffonnez et que vous la placez à l'intérieur des frontières du pays, il y aura toujours au moins un point sur la carte directement au-dessus de l'emplacement correspondant dans le monde réel.

The Brouwer fixed-point theorem is a cornerstone of fixed-point theory and has profound implications in many areas of mathematics. The theorem applies to any continuous function [latex]f: D^n \to D^n[/latex], where [latex]D^n[/latex] is the closed n-dimensional unit ball. The proof is non-constructive; it guarantees the existence of a fixed point but does not provide a method to find it. The proof for [latex]n=1[/latex] is a simple consequence of the Intermediate Value Theorem. For higher dimensions, the proof is more complex and typically relies on tools from algebraic topology, such as homology or the concept of the degree of a map. One common proof strategy uses a retraction argument. It assumes, for the sake of contradiction, that a continuous function [latex]f: D^n \to D^n[/latex] has no fixed point. One can then construct a continuous function (a retraction) [latex]r: D^n \to S^{n-1}[/latex] from the disk to its boundary sphere, which can be shown to be impossible. The theorem’s power lies in its generality; it requires only continuity of the function and compactness and convexity of the domain, making it applicable to a wide range of problems where one needs to prove the existence of a solution or equilibrium state.

UNESCO Nomenclature: 1209
- Topologie

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Théorème des valeurs intermédiaires de Bolzano et Cauchy
  • Travaux de Poincaré et Bohl sur les théorèmes d'existence
  • Développement de la topologie algébrique par Henri Poincaré
  • Les travaux de Jacques Hadamard sur des problèmes connexes

Applications

  • la théorie des jeux (prouver l'existence d'équilibres de Nash)
  • économie (théorie de l'équilibre général)
  • l'infographie (calcul des transformations d'objets)
  • l'analyse numérique (recherche des racines des équations)
  • théorie du contrôle

Brevets:

NA

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Contexte historique

Théorème du point fixe de Brouwer

1854
1854
1896
1911
1925
1928
1930
1850
1854
1895
1900
1914
1925
1930
1936

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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