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火腿三明治定理


任何 n n 維固體的體積總是可以被一個 (n-1)超平面同時平分。證明 n=2 的定理(此時它被稱為薄煎餅定理)很簡單,可以在 Courant 和 Robbins (1978) 中找到。

對於 n=3 的證明更加複雜 (Hunter and Madachy 1975, p. 69),但是可以透過 G. Beck (私人通訊,2005 年 2 月 18 日) 的以下論證獲得一個直觀的證明。請注意,給定任何方向 n^^,固體的體積可以被一個法線為 n^^ 的平面平分。要理解這一點,從一個平面開始,使固體完全位於一側,並使其平行移動,直到固體完全位於另一側。一定存在一箇中間位置,平面在該位置平分了固體。

現在取一個以原點為中心,足夠大的球體,以包含三個固體。球體表面上的每個點都指示一個方向。對於任何方向和每個固體,找到一個平面,該平面以該方向為法線平分固體。因此,每個方向給出三個彼此平行的平面。定義 xy 為其中一個平面到另外兩個平面之間的有向距離,並且對於球體上的每個點,關聯 xy 平面中的一個點。

如果 P 與球體上的 Q 相反,則方向 P 的三個平面與方向 Q 的平面相同。但是平面之間的距離是有方向的,因此點 (x(P),y(P))(x(Q),y(Q)xy 平面中相對。

當一個點(方向)沿著子午線從北極移動到南極,然後再從另一側回到北極時,點 (x,y) 在由相對點組成的 xy 平面中追蹤一條閉合曲線。因此,它必須包圍原點。將子午線旋轉半圈會使曲線變形,直到它與自身重合,但是點移動到它們的對面。在“無”和“半圈”之間的某個子午線旋轉處,曲線穿過原點,x=0y=0,這意味著這三個平面合而為一,同時平分了這三個固體。

Stone 和 Tukey (1942) 證明了 n>3 的定理。


參見

切割, 薄煎餅定理

此條目部分由 George Beck 貢獻

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參考文獻

Chinn, W. G. and Steenrod, N. E. First Concepts of Topology. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., 1966.Courant, R. and Robbins, H. What Is Mathematics?: An Elementary Approach to Ideas and Methods. Oxford, England: Oxford University Press, 1978.Davis, P. J. and Hersh, R. The Mathematical Experience. Boston, MA: Houghton Mifflin, pp. 274-284, 1981.Hunter, J. A. H. and Madachy, J. S. Mathematical Diversions. New York: Dover, pp. 67-69, 1975.Steinhaus, H. "Sur la division des ensembles de l'espace par les plans et des ensembles plans par les cercles." Fundamenta Math. 33, 245-263, 1945.Steinhaus, H. Mathematical Snapshots, 3rd ed. New York: Dover, p. 145, 1999.Stone, A. H. and Tukey, J. W. "Generalized 'Sandwich' Theorems." Duke Math. J. 9, 356-359, 1942.

在 上被引用

火腿三明治定理

請引用為

Beck, GeorgeWeisstein, Eric W. "火腿三明治定理。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/HamSandwichTheorem.html

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