火鸡登山上下跑,有个地点同时到

大酱风度
楼主 (文学峸)

1。有个爱好登山的火鸡。从某山脚下A点上山到达山顶B点。再从B点沿原路返回到山脚A 点。火鸡在A点出发时用秒表开始计时。同样地,返回时,火鸡从B点开始计时。试证明,在这条路上肯定存在一点C, 火鸡在上山和下山时,到达这一点时所用的时间一样。

2。假定在任意一时刻,全球的温度在空间上的分布是单值连续的。那么在任何时刻,地球表面上都存在至少两条环绕地球的闭合曲线带,在该时刻这两条曲线上的温度是彼此一一对应的。

3。将一锅冷水烧成沸腾的开水,试证明,沸腾的开水锅中至少有一个“处惊不变”的水分子,其所处的位置与冷水时所处的位置一样。

老键
只会糊弄一下第一题,但觉得要假定上下山时间是一样的

关键是连续可微,因而路径上一定有一点,其瞬时速度等于路径的平均速度,这个对上下山都适用,另外上下山路径又是相同的,如果再假定所费时间也相同,那么上山时该点和下山时该点必须是同一点。

中间小谢
前两題很明顯,没看懂第三題.

1, imagine two identical and synchronized turkeys going towards each other. Where they meet gives the answer.

2, for uniform temperature, obviously true. If not uniform, forming "properly" two closed curves passing through the point of the lowest temperature and the point of the highest temperature will do. "Properly" here means to keep the temperature along the curve either statically climbing or dropping, that is, never to go up and down the "hills" or "valleys" except for the two points mentioned. Which can be done because of  单值连续 .

3, apparently one can apply 2. for showing the existence of such a molecule ( I still need to think it through), but, imagine the extreme case of two molecules which just switch positions at boiling... which seems to contradict the supposed answer. Perhaps I miss something here.

 

中间小谢
想了一下,第三題也許是這樣?

Assuming the water body behave both as a continuum (therefore 单值连续 can apply ) and as a discreet set with each unit (fixed position in space) small enough to hold a water molecule.

Applying result from 2, there exist a position whose temperature history is identical to the temperature history of some particular molecule. Once can show this being true just by switching coordinates.

This particular molecule is the desired one.

 

大酱风度
很好的出发点,还得再想想。

上山下山时间不需要一样。当然不能停留在出发点不出发。

大酱风度
Great thoughts on the first one

synchronized... This would could have different man's. E.g same speed, or they started at the same time from their starting points... The first, but the second, one is not necessary. 

d
dhyang_wxc
第一题是简单两人相向走题。第二是从极地到赤道,类似第一题得到的点连在一起成曲线,两个半球各有一条。第三题不知道,

plot x 位置,y温度成一图,看不出来。它要运动。

y
youdecide
第一题:假设连续。设 f(x) 是在x的时间从A到B,g(x) 从B到A。let h(x) = f(x) - g(x)

f(A)= 0, g(B) = 0

f(B) > 0, g(A) > 0

Therefore h(A) < 0 and h(B) > 0

by Intermediate value theorem, there exists a point C between A and B such that h(C) = 0.

y
youdecide
第三题:假设连续。冷水位置:f(x) = x for all x, 热水位置:g(x).

Brouwer's fixed point theorem --> there is an x0 such that g(x0) = x0, which implies that g(x0) is f(x0).

中间小谢
"Synchronized " just means they start the same time,

or, one can imagine the two trips of the same turkey being superimposed.

The solution I gave for the second problem I think is the general solution though there might be a specific one that is easier.

Still unsure of the third one.

 

大酱风度
完美!思路清晰,论证严密,大侠级别的证明!

如果明确最后结论 f(C)=g(C) at C 就更完美了。

大酱风度
棒!谢谢确认!
大酱风度
思路很好,再深入一下就解决了。
老键
按你这么说上下山路径不必相同?
大酱风度
正解,完美! 如果能附加给出一个物理解释就更好了。
老键
Brouwer s therom? 都没听说过,give up. 这是考博士还是考普通网友
大酱风度
上山下山路径是一个,是相同的。

上山与下山速度不同也没关系。也不需要匀速运动,走走歇歇都行。

老键
我是说他的证明里并没用到这点,否则必须f(x)=-g(x)不是?
大酱风度
条条大路通罗马啊。可以用这个定理,也可以就事论事来“证明”。

Brouwer Theorem 其中寓意着很有意义的一个生活道理。值得了解一下。比如揉面,面团里肯定有一点,怎么揉都是固定不变的。你把一张包括您家所在地的一张地图摊开在你的餐桌上查地图的时候,地图上肯定有一点和你餐桌所在的位置正好重回。投资股票也有用,不过说清楚需要付费啦:))

老键
而且它们是时间函数是不,x代表时间
老键
开眼界,会去了解一下
老键
我在澳洲查美国地图肯定没有一点和我的餐桌重合
y
youdecide
x 是位置。可以把A和B看作x坐标的两点。
y
youdecide
对,应该再写一步。
老键
但你楼上不是说"在x的时间从A到B"?
大酱风度
是查您家所在地的地图,世界地图,澳洲地图,或你们town 的地图都可以。。。

可以考你孩子,老婆,或女朋友啊:))

中间小谢
這對連續體continuum才是啊。如上説,如果衹有两個水分子。。。

我覺得現實中對一鍋水也是不成立的,除非對水分子的運動方式予以限制,使之接近連續體。如不能"跳''或"擠"到某個非鄰近位置,等等。

揉麵團在現實中估计也如此。

但地圖的例子是成立的,因為是連續體。

老键
粗粗查了下wiki 觉得把给拓扑学定理用到其他物理系统还是要小心,不能脱离具体context, 譬如能量守恒什么
大酱风度
中文好像翻译成布劳威尔定理。

布劳威尔是个异类,认为数学不是对客观世界的描述和反应,而是只存在于人的头脑中(意识中)的产物。所以证明数学定理必须把它给构造出来,构造不出来就不算数。

他是荷兰人,和荷兰量子力学学派的哲学观点不谋而合。他和希尔伯特观点对立,当时受到打击。可能今后其思想会越来越证明是对的。

露重烟微
长知识了!一点小意见,最后一题要假设连续和封闭。但液体水分子间不连续,且要保证液体水封闭的条件下,水有可能是沸腾不了的。
老键
就是嘛,不能一概而论。sorry no buyin yet, not talking Brouwer
大酱风度
说得对啊。但是水,面团都是连续介质。是连续介质力学的研究对象。

当然用化学观点看是另一回事,但各学科各有其道,不能混为一谈。。。

中间小谢
可以想象圍棋盘上摆满棋子,然後大"洗牌",再續一移到格子(交點)上。整个過程不必離開棋盤

但得的結果是可以違反題意的。

老键
Exactly. 烧水可以理解是机械封闭,没有动能外部输入,但不是封闭,因为有热能传入
大酱风度
看看上面说的。。。

在物理界,这些都是连续介质。。。

中间小谢
介质力学是關於介质的宏观性质(?),但這兒用的是微觀構成。如是,水和麵團的例子應是誤傳

可作思考實驗用,實際生活中是不成立的。

My guess.

 

y
youdecide
没写好。f(x) 是从A到x点的用的时间 where x is between A and B.
老键
但用到具体问题还是要看具体情况。如第一题最简单我都无法信服你们的解释,除非规定路径和费时都相同
大酱风度
用集合论观点解释,在集合论中,各个棋子组成的集合是离散的,而结论只适用于稠密的集合。
露重烟微
有一定道理,但沸腾是液体变气体,这个是不是连续介质我有点怀疑。
老键
可以当作连续介质,在这个问题上。但并不等于没有条件brouwer 就可随便适用
中间小谢
衹有地圖的例子是成立的。水就算封闭不沸也不成立。水分子運動的途径是布朗曲线。

水分子之间空隙相對於分子非常大。

麵團的例子也不太可能成立。

大酱风度
这是关乎物体几何特性的一个定理或现象。和物质组分无关,只要系统是稠密的就可以。不能是离散的。
中间小谢
這些可以看作是數學因其簡潔漂亮而誤導人的例子。
露重烟微
Topology里的连续应该主要是不撕裂,相对静止的水应该可以,但加热后连续和封闭的条件有可能都实现不了。
露重烟微
主要还有压强问题。
露重烟微
是的,如果水已经是液体或气体状态,应该是可以假设连续。但在从液体变气体有大加速运动的情况下,我有点怀疑这个假设。
露重烟微
纯数大部分没有具体应用。当然用得上的对物理贡献很大。但本质上,数学研究if, then,然而不保证这个if就有物理存在。
老键
从液体到气体是相变,连续性被破坏
露重烟微
还是要赞一下你第一题的思路,同时从两端出发一条路上必相逢。
y
youdecide
第二题:不知是不是这个思路—-在球上一个大圆设h(x) = f(x) - f(x’) 这里f是温度, x在圆上的点,x’
大酱风度
沿大圆思路好。虽然没有100%理解您的意思,但无需x'项。

把大圆在任意一点切开拉直作为横轴,看纵轴温度曲线。。。(两个端点温度?)

y
youdecide
我要慢慢理解你说的(我用x’试证大圆有两个不同点,和中心在一条线上,有相同的温度)。
中间小谢
先取一大圆O作參照,圓上每點亦横向作大圓C。取所有C上所有點的沿 C 之温度之 derivative = d

因全球温度"连续单值'',故每个圓 C 上必有一個點 p ,其 d =0.

連所有 p 得一閉合曲线 Q.

取分别從左右兩面任意鄰近每個 p 的两个温度相等的點 p1 和 p2 。

連所有 P1 得一閉合曲线 Q1  。連所有 p 2,得 Q2。

Q1 , Q2 即满足要求。