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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。

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。

布劳威尔定点定理是定点理论的基石,对数学的许多领域有着深远的影响。该定理适用于任何连续函数 [latex]f:D^n \to D^n[/latex],其中 [latex]D^n[/latex] 是封闭的 n 维单位球。证明是非结构性的;它保证了一个定点的存在,但没有提供一个 方法 来找到它。[latex]n=1[/latex] 的证明是中间值定理的一个简单结果。对于更高的维度,证明则更为复杂,通常依赖于代数拓扑学的工具,例如同调或映射度的概念。一种常见的证明策略是使用撤回论证。为了避免矛盾,它假设一个连续函数 [latex]f:D^n \to D^n[/latex] 没有固定点。然后我们可以构造一个连续函数(回缩)[latex]r:D^n \to S^{n-1}[/latex] 从圆盘到它的边界球,这可以证明是不可能的。该定理的强大之处在于它的通用性;它只要求函数的连续性以及域的紧凑性和凸性,因此适用于需要证明解或平衡态存在的各种问题。

UNESCO Nomenclature: 1209
- 拓扑结构

类型

抽象系统

中断

实质性

使用方法

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

  • 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

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