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Teorema do Ponto Fixo de Brouwer

1911
  • L. E. J. Brouwer
Matemático demonstrando o Teorema do Ponto Fixo de Brouwer com um mapa amassado em um escritório.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Este teorema afirma que para qualquer função contínua [latex]f[/latex] que mapeia um conjunto convexo compacto em si mesmo, existe um ponto [latex]x_0[/latex] tal que [latex]f(x_0) = x_0[/latex]. Este ponto é chamado de ponto fixo. De forma simplificada, se você pegar um mapa de um país, amassá-lo e colocá-lo dentro das fronteiras do país, sempre haverá pelo menos um ponto no mapa diretamente acima de sua localização correspondente no mundo real.

O teorema do ponto fixo de Brouwer é um pilar da teoria do ponto fixo e tem profundas implicações em muitas áreas da matemática. O teorema se aplica a qualquer função contínua [latex]f: D^n to D^n[/latex], onde [latex]D^n[/latex] é a bola unitária fechada de dimensão n. A demonstração não é construtiva; ela garante a existência de um ponto fixo, mas não fornece um método para encontrá-lo. A demonstração para [latex]n=1[/latex] é uma consequência simples do Teorema do Valor Intermediário. Para dimensões maiores, a demonstração é mais complexa e tipicamente se baseia em ferramentas da topologia algébrica, como homologia ou o conceito de grau de uma aplicação. Uma estratégia comum de demonstração utiliza um argumento de retração. Ela assume, por contradição, que uma função contínua [latex]f: D^n to D^n[/latex] não possui ponto fixo. Pode-se então construir uma função contínua (uma retração) [latex]r: D^n to S^{n-1}[/latex] do disco para sua esfera limite, o que pode ser demonstrado como impossível. O poder do teorema reside em sua generalidade; ele requer apenas a continuidade da função e a compacidade e convexidade do domínio, tornando-o aplicável a uma ampla gama de problemas onde é necessário provar a existência de uma solução ou estado de equilíbrio.

UNESCO Nomenclature: 1209
Topologia

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Teorema do Valor Intermediário de Bolzano e Cauchy
  • Trabalho sobre teoremas de existência de Poincaré e Bohl
  • Desenvolvimento da topologia algébrica por Henri Poincaré
  • O trabalho de Jacques Hadamard sobre problemas relacionados

Aplicações

  • game theory (proving the existence of Nash equilibria)
  • economia (teoria do equilíbrio geral)
  • computação gráfica (cálculo de transformações de objetos)
  • Análise numérica (encontrar raízes de equações)
  • teoria de controle

Patentes:

NA

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Relacionado a: teorema do ponto fixo, Brouwer, função contínua, conjunto compacto, conjunto convexo, equilíbrio de Nash, teoria dos jogos, topologia algébrica.

Contexto histórico

Teorema do Ponto Fixo de Brouwer

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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