定理証明済み
ブラウワーの不動点定理
内容
内の閉単位球体からそれ自身への任意の連続写像 は、少なくとも1つの不動点、すなわち を満たす点 を持つ。
なぜ正しいのか?
コーヒーをどのようにかき混ぜても、動きが連続的でコーヒーがカップの外に出ない限り、液体のどこかの点は必ずもとの位置に戻ってくる。1枚の紙を破らずにくしゃくしゃにし、もとの輪郭の内側に再び平らに置いても、紙のどこかの点は必ずもとの位置の真上に重なる。
証明の概略
背理法で、 が不動点を持たないと仮定する。各 に対して から を通る半直線を引き、この半直線が境界球面 と交わる点を とする。この は連続写像 であり、境界上では恒等写像になる——すなわち球体からその境界球面へのレトラクション(retraction)である。代数トポロジー(境界球面が球体のレトラクトではないという事実。ホモロジーによって、あるいは の場合は中間値の定理により直接示せる)により、そのようなレトラクションは存在しないことが分かり、矛盾が得られる。
この定理を使うトピック
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ステップごとの証明
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参考文献
- L. E. J. Brouwer (1911). Über Abbildung von Mannigfaltigkeiten · DOI:10.1007/bf01456931
- John Milnor (1978). Analytic proofs of the 'hairy ball theorem' and the Brouwer fixed point theorem