Русская Википедия:Теорема Борсука — Улама

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Теорема Бо́рсука — У́лама — классическая теорема алгебраической топологии, утверждающая, что всякая непрерывная функция, отображающая <math>n</math>-мерную сферу в <math>n</math>-мерное евклидово пространство для некоторой пары Шаблон:Iw имеет общее значение. Неформально утверждение известно как «теорема о температуре и давлении»: в любой момент времени на поверхности Земли найдутся антиподальные точки с равной температурой и равным давлением[1]; одномерный случай обычно иллюстрируют двумя диаметрально противоположными точками экватора с равной температурой.

Впервые утверждение встречается у Люстерника и Шнирельмана в работе 1930 года[2][3]; первое доказательство опубликовано в 1933 году Борсуком, который сослался на Улама как автора формулировки.

Формулировка

Для непрерывной функции <math>f \colon \mathbb S^n \to \R^n</math>, где <math>\mathbb S^n</math> — сфера в <math>(n+1)</math>-мерном евклидовом пространстве, существуют такие две диаметрально противоположные точки <math>a, -a \in \mathbb S^n</math>, что <math>f(a)=f(-a)</math>.

Вариации и обобщения

  • Эквивалентное утверждение — теорема об общем нуле: всякая нечётная (относительно диаметральной противоположности) непрерывная функция <math>g \colon \mathbb S^n \to \R^n</math> из <math>n</math>-мерной сферы в <math>n</math>-мерное евклидово пространство в одной из точек <math>a \in \mathbb S^n</math> обращается в нуль: <math>g(a) = 0</math>. Эквивалентность устанавливается введением для непрерывной функции <math>f \colon \mathbb S^n \to \R^n</math> нечётной функции <math>g(x) = f(x) - f(-x)</math>. В одномерном случае теорема об общем нуле непосредственно следует из теоремы о промежуточном значении; общее доказательство использует Шаблон:Iw (алгебраико-топологический вариант), либо выводится из леммы Такера (комбинаторный вариант; лемма Такера при этом считается комбинаторным аналогом теоремы Борсука — Улама).
  • В 1954 году Абрам Ильич Фет обобщил результатШаблон:Sfn: утверждение теоремы имеет место не только для соотношения антиподов, но и для произвольной инволюции <math>n</math>-мерной сферы, то есть, для всякой инволюции <math>^* \colon \mathbb S^n \to \mathbb S^n</math> и любой непрерывной функции <math>f \colon \mathbb S^n \to \R^n</math> найдётся такая точка <math>a \in \mathbb S^n</math>, что <math>f(a) = f(a^*)</math>[4][5].

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература