这个百年数学问题被隔离在家的数学家破解了

黄海晨报 2020-07-02 09:05 大字

3月中旬,数学家乔舒亚·格林和安德鲁·洛布发现自己处于这样的窘境:疫情期间,他们被困在家里。因此,他们决定全身心投入到研究中来解决这个问题——— 是否总能在任何一个简单闭合环路上找到四个点,形成一个任意长宽比矩形?

这个问题,被称为内接方形问题(或方形钉问题),源自1911年。100多年来,数学家们一直在致力于解决它。当时,德国数学家奥托·托普利兹预测称,任何简单闭合曲线,都包含四个可以连接形成正方形的点——— 这听上去像是个高中生能用尺子解决的问题。

华盛顿与李大学助理教授伊丽莎白·丹内感叹称:“这个问题说出来很容易,也很容易理解,但想要证明真的很难。”

在这个过程中,数学家们给出的解题思路,也成为后继者实现突破的阶梯。

在1977年,数学家赫伯特·沃恩首先在内接矩形问题上取得了突破,开创了一种思考矩形的几何形状的新思路。

另一位数学家陶哲轩,则用积分方法证明了,在曲线由两个常数小于1的Lipschitz图形组成的这种特殊情况下,该曲线一定存在四个能组成正方形的点。

对于平面上的任意简单闭合环路而言,矩形的存在已经得到了证明,但是否任意长宽比的矩形(包括正方形)都能存在,此前的数学家们都没能解决。

而格林和洛布在疫情期间,基于赫伯特·沃恩的方法,将这个问题彻底解决了。证明的思路是:如果证明了存在任意长宽比的内接矩形,那么方形(长宽1∶1的矩形)也必然是存在的。而且这一结论比陶哲轩想要证明的内接方形结论更强。

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