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定理已证明

布劳威尔不动点定理

命题陈述

从 Rn\mathbb{R}^n 中的闭单位球到自身的任意连续映射 f:Dn→Dnf: D^n \to D^n 至少有一个不动点,即存在 xx 使得 f(x)=xf(x) = x。

为什么成立?

无论怎样搅拌一杯咖啡,只要运动是连续的且咖啡始终留在杯内,液体中总有某一点恰好回到它原来的位置。把一张纸揉皱后不撕破地重新摊平放回原来的轮廓内,纸上总有某一点恰好落在自己原来的位置上。

证明思路

反证法:假设 ff 没有不动点。对每个 x∈Dnx \in D^n,作从 f(x)f(x) 出发经过 xx 的射线,设 r(x)r(x) 为该射线与边界球面 Sn−1S^{n-1} 的交点。这样得到的 rr 是一个连续映射 Dn→Sn−1D^n \to S^{n-1},且在边界上是恒等映射——即球体到其边界球面的一个收缩(retraction)。代数拓扑(边界球面不是球体的收缩核这一事实,可用同调证明,当 n=1n=1 时也可直接用介值定理证明)表明这样的收缩不存在,由此得到矛盾。

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分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. L. E. J. Brouwer (1911). Über Abbildung von Mannigfaltigkeiten · DOI:10.1007/bf01456931
  2. John Milnor (1978). Analytic proofs of the 'hairy ball theorem' and the Brouwer fixed point theorem