这些数学定理竟然如此有趣,你知道吗?( 二 )


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 。
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 。
【这些数学定理竟然如此有趣,你知道吗?】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 。