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火腿三明治定理


任何 n n 维固体的体积总是可以被一个 (n-1)超平面同时平分。证明 n=2 的定理(此时它被称为薄煎饼定理)很简单,可以在 Courant 和 Robbins (1978) 中找到。

对于 n=3 的证明更加复杂 (Hunter and Madachy 1975, p. 69),但是可以通过 G. Beck (私人通讯,2005 年 2 月 18 日) 的以下论证获得一个直观的证明。请注意,给定任何方向 n^^,固体的体积可以被一个法线为 n^^ 的平面平分。要理解这一点,从一个平面开始,使固体完全位于一侧,并使其平行移动,直到固体完全位于另一侧。一定存在一个中间位置,平面在该位置平分了固体。

现在取一个以原点为中心,足够大的球体,以包含三个固体。球体表面上的每个点都指示一个方向。对于任何方向和每个固体,找到一个平面,该平面以该方向为法线平分固体。因此,每个方向给出三个彼此平行的平面。定义 xy 为其中一个平面到另外两个平面之间的有向距离,并且对于球体上的每个点,关联 xy 平面中的一个点。

如果 P 与球体上的 Q 相反,则方向 P 的三个平面与方向 Q 的平面相同。但是平面之间的距离是有方向的,因此点 (x(P),y(P))(x(Q),y(Q)xy 平面中相对。

当一个点(方向)沿着子午线从北极移动到南极,然后再从另一侧回到北极时,点 (x,y) 在由相对点组成的 xy 平面中追踪一条闭合曲线。因此,它必须包围原点。将子午线旋转半圈会使曲线变形,直到它与自身重合,但是点移动到它们的对面。在“无”和“半圈”之间的某个子午线旋转处,曲线穿过原点,x=0y=0,这意味着这三个平面合而为一,同时平分了这三个固体。

Stone 和 Tukey (1942) 证明了 n>3 的定理。


参见

切割, 薄煎饼定理

此条目部分由 George Beck 贡献

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参考文献

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 Wolfram|Alpha 上被引用

火腿三明治定理

请引用为

Beck, GeorgeWeisstein, Eric W. "火腿三明治定理。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/HamSandwichTheorem.html

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