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布劳威尔定点定理

1911
  • L. E. J. Brouwer
数学家在办公室里用一张皱巴巴的地图演示布劳威尔定点定理。

(图片仅供参考)

该定理指出,对于映射紧凑凸集到自身的任何连续函数 [latex]f[/latex],存在一个点 [latex]x_0[/latex],使得 [latex]f(x_0) = x_0[/latex]。这个点称为定点。非正式地讲,如果把一个国家的地图揉成一团,然后放在这个国家的边界内,那么地图上总会有至少一个点在其对应的现实世界位置的正上方。

布劳威尔不动点定理是不动点理论的基石,对数学的许多领域都具有深远的影响。该定理适用于任何连续函数 f: D^n → D^n,其中 D^n 是 n 维闭单位球。该定理的证明是非构造性的;它保证了不动点的存在性,但并未提供寻找不动点的方法。当 n=1 时,该定理的证明是介值定理的一个简单推论。对于更高维度的情况,证明则更为复杂,通常依赖于代数拓扑的工具,例如同调或映射的次数。一种常见的证明策略是使用回溯论证。它假设连续函数 f: D^n → D^n 没有不动点,以此作为矛盾的推论。然后,我们可以构造一个从圆盘到其边界球面的连续函数(收缩函数)[latex]r: D^n to S^{n-1}[/latex],这已被证明是不可能的。该定理的强大之处在于其普适性;它仅要求函数连续以及区域的紧致性和凸性,因此可以应用于需要证明解或平衡态存在性的各种问题。

UNESCO Nomenclature: 1209
- 拓扑结构

类型

抽象系统

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 博尔扎诺和柯西的中间值定理
  • 波恩卡莱和波尔对存在定理的研究
  • 亨利-庞加莱发展代数拓扑学
  • 雅克-哈达玛就相关问题所做的工作

应用程序

  • 博弈论(证明纳什均衡的存在)
  • 经济学
  • 计算机制图(计算物体变换)
  • 数值分析(求方程根)
  • 控制理论

专利:

NA

潜在创新理念

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相关内容: 定点定理、布劳威尔、连续函数、紧凑集、凸集、纳什均衡、博弈论、代数拓扑学。

历史背景

布劳威尔定点定理

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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