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ブラウワーの不動点定理

1911
  • L. E. J. Brouwer
Mathematician demonstrating Brouwer Fixed-Point Theorem with a crumpled map in an office.

(画像はイメージです)

この定理は、コンパクトな凸集合をそれ自身に写像する任意の連続関数 [latex]f[/latex] に対して、[latex]f(x_0) = x_0[/latex] となる点 [latex]x_0[/latex] が存在することを述べています。この点は不動点と呼ばれます。非公式に言えば、国の地図を取り、それをくしゃくしゃにして国の境界線内に置くと、地図上の少なくとも 1 つの点が、対応する現実世界の位置の真上に位置することになります。

ブロワーの不動点定理は不動点理論の基礎であり、数学の多くの分野に深い影響を与えます。この定理は、閉じた n 次元単位球である [latex]D^n[/latex] の任意の連続関数 [latex]f: D^n to D^n[/latex] に適用されます。証明は非構成的であり、不動点の存在を保証しますが、それを見つける方法は提供しません。 [latex]n=1[/latex] の場合の証明は、中間値の定理の単純な帰結です。高次元の場合、証明はより複雑で、通常はホモロジーや写像の次数の概念など、代数トポロジーのツールに依存します。一般的な証明戦略の 1 つは、撤回論法を使用します。これは、矛盾を導くために、連続関数 [latex]f: D^n to D^n[/latex] には不動点がないと仮定します。すると、円盤からその境界球への連続関数(縮退)[latex]r: D^n to S^{n-1}[/latex]を構成できますが、これは不可能であることが示せます。この定理の強みはその一般性にあります。関数の連続性と領域のコンパクト性および凸性のみを必要とするため、解または平衡状態の存在を証明する必要がある幅広い問題に適用できます。

UNESCO Nomenclature: 1209
トポロジー

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ボルツァーノとコーシーによる中間値の定理
  • ポアンカレとボールによる存在定理に関する研究
  • アンリ・ポアンカレによる代数トポロジーの発展
  • ジャック・アダマールの関連問題に関する研究

アプリケーション

  • game theory (proving the existence of Nash equilibria)
  • 経済学(一般均衡理論)
  • コンピュータグラフィックス(オブジェクトの変換計算)
  • 数値解析(方程式の根を求めること)
  • 制御理論

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連概念:不動点定理、ブラウワー、連続関数、コンパクト集合、凸集合、ナッシュ均衡、ゲーム理論、代数トポロジー。

歴史的背景

ブラウワーの不動点定理

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

関連する発明、革新、および技術原理

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