波兰数学家乌拉姆(Stanis?aw Marcin Ulam)曾经猜想,任意给定一个从 n 维球面到 n 维空间的连续函数,总能在球面上找到两个与球心相对称的点,他们的函数值是相同的 。1933 年,波兰数学家博苏克(Karol Borsuk)证明了这个猜想,这就是拓扑学中的博苏克-乌拉姆定理(Borsuk–Ulam theorem) 。
博苏克-乌拉姆定理有很多推论,其中一个推论就是,在地球上总存在对称的两点,他们的温度和大气压的值正好都相同(假设地球表面各地的温度差异和大气压差异是连续变化的) 。这是因为,我们可以把温度值和大气压值所有可能的组合看成平面直角坐标系上的点,于是地球表面各点的温度和大气压变化情况就可以看作是二维球面到二维平面的函数,由博苏克-乌拉姆定理便可推出,一定存在两个函数值相等的对称点 。
当 n = 1 时,博苏克-乌拉姆定理则可以表述为,在任一时刻,地球的赤道上总存在温度相等的两个点 。对于这个弱化版的推论,我们有一个非常直观的证明方法:假设赤道上有 A、B 两个人,他们站在关于球心对称的位置上 。如果此时他们所在地方的温度相同,问题就已经解决了 。下面我们只需要考虑他们所在地点的温度一高一低的情况 。不妨假设,A 所在的地方是 10 度,B 所在的地方是 20 度吧 。现在,让两人以相同的速度相同的方向沿着赤道旅行,保持两人始终在对称的位置上 。假设在此过程中,各地的温度均不变 。旅行过程中,两人不断报出自己 当地的温度 。等到两人都环行赤道半周后,A 就到了原来 B 的位置,B 也到了 A 刚开始时的位置 。在整个旅行过程中,A 所报的温度从 10 开始连续变化(有可能上下波动甚至超出 10 到 20 的范围),最终变成了 20;而 B 经历的温度则从 20 出发,最终连续变化到了 10 。那么,他们所报的温度值在中间一定有“相交”的一刻,这样一来我们也就找到了赤道上两个温度相等的对称点 。
平分火腿三明治
定理:任意给定一个火腿三明治,总有一刀能把它切开,使得火腿、奶酪和面包片恰好都被分成两等份 。
而且更有趣的是,这个定理的名字真的就叫做“火腿三明治定理”(ham sandwich theorem) 。它是由数学家亚瑟?斯通(Arthur Stone)和约翰?图基(John Tukey)在 1942 年证明的,在测度论中有着非常重要的意义 。
火腿三明治定理可以扩展到 n 维的情况:如果在 n 维空间中有 n 个物体,那么总存在一个 n - 1 维的超平面,它能把每个物体都分成“体积”相等的两份 。这些物体可以是任何形状,还可以是不连通的(比如面包片),甚至可以是一些奇形怪状的点集,只要满足点集可测就行了 。
奇葩数学定理定理1:四色定理
四色定理的本质正是二维平面的固有属性,即平面内不可出现交叉而没有公共点的两条直线 。很多人证明了二维平面内无法构造五个或五个以上两两相连区域,但却没有将其上升到逻辑关系和二维固有属性的层面,以致出现了很多伪反例 。不过这些恰恰是对图论严密性的考证和发展推动 。计算机证明虽然做了百亿次判断,终究只是在庞大的数量优势上取得成功,这并不符合数学严密的逻辑体系,至今仍有无数数学爱好者投身其中研究 。
定理2:费马大定理
费马大定理,又被称为“费马最后的定理”,由17世纪法国数学家皮耶·德·费玛提出 。
它断言当整数n >2时,关于x, y, z的方程 x^n + y^n = z^n 没有正整数解 。
德国佛尔夫斯克曾宣布以10万马克作为奖金奖给在他逝世后一百年内,第一个证明该定理的人,吸引了不少人尝试并递交他们的“证明” 。
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