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Teorema del punto fisso di Brouwer

1911
  • L. E. J. Brouwer
Matematico che dimostra il teorema del punto fisso di Brouwer con una mappa stropicciata in un ufficio.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Questo teorema afferma che per qualsiasi funzione continua [latex]f[/latex] che mappa un insieme convesso compatto su se stesso, esiste un punto [latex]x_0[/latex] tale che [latex]f(x_0) = x_0[/latex]. Questo punto è detto punto fisso. Informalmente, se si prende la mappa di un paese, la si accartoccia e la si posiziona all'interno dei confini del paese, ci sarà sempre almeno un punto sulla mappa direttamente sopra la corrispondente posizione nel mondo reale.

Il teorema dei punti fissi di Brouwer è una pietra miliare della teoria dei punti fissi e ha profonde implicazioni in molte aree della matematica. Il teorema si applica a qualsiasi funzione continua [latex]f: D^n \ a D^n[/latex], dove [latex]D^n[/latex] è la sfera unitaria chiusa n-dimensionale. La prova non è costruttiva: garantisce l'esistenza di un punto fisso ma non fornisce un metodo per trovarlo. La prova per [latex]n=1[/latex] è una semplice conseguenza del teorema dei valori intermedi. Per dimensioni superiori, la prova è più complessa e si basa tipicamente su strumenti della topologia algebrica, come l'omologia o il concetto di grado di una mappa. Una strategia di dimostrazione comune utilizza un argomento di ritrattazione. Si assume, per amore di contraddizione, che una funzione continua [latex]f: D^n \ a D^n[/latex] non abbia un punto fisso. Si può quindi costruire una funzione continua (una retrazione) [latex]r: D^n \to S^{n-1}[/latex] dal disco alla sua sfera limite, che si può dimostrare essere impossibile. La forza del teorema risiede nella sua generalità: richiede solo la continuità della funzione e la compattezza e convessità del dominio, rendendolo applicabile a un'ampia gamma di problemi in cui è necessario dimostrare l'esistenza di una soluzione o di uno stato di equilibrio.

UNESCO Nomenclature: 1209
- Topologia

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Teorema dei valori intermedi di Bolzano e Cauchy
  • Lavori sui teoremi di esistenza di Poincaré e Bohl
  • Sviluppo della topologia algebrica da parte di Henri Poincaré
  • Il lavoro di Jacques Hadamard su problemi correlati

Applicazioni

  • teoria dei giochi (dimostrare l'esistenza di equilibri di Nash)
  • economia (teoria dell'equilibrio generale)
  • grafica computerizzata (calcolo delle trasformazioni degli oggetti)
  • analisi numerica (trovare le radici delle equazioni)
  • teoria del controllo

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: teorema del punto fisso, Brouwer, funzione continua, insieme compatto, insieme convesso, equilibrio di Nash, teoria dei giochi, topologia algebrica.

Contesto storico

Teorema del punto fisso di Brouwer

1895
1899
1900
1911
1922
1925
1928
1884
1896
1900
1903
1914
1924
1925
1930

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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