Главное меню

Новости:

SMF - Just Installed!

Почему невозможно ровно причесать ежа?

Автор Edayniu, Март 13, 2024, 21:36

« назад - далее »

Edayniu

Узнала о теореме о причёсывании ежа. Если причесывать ежа, то всё равно будет торчать иголка, пусть даже одна. Ну почему? Объясните попроще.

Tin

Если по всей поверхности окружности перпендикулярно ей воткнуть палочки, то чтобы рядом с одной из них были только наклонённые в ту же сторону, достаточно все их склонить в одну сторону. Теорема о причёсывании ежа говорит о том, что для трёхмерного шара невозможно выбрать направление их укладывания таким образом, чтобы они в любом случае все шли по касательной к поверхности сферы. Хотя бы в одной точке обязательно образуется завихрение.
Что же касается настоящих ежей, то иголки им нужны не для того, чтобы ходить гладко причёсанными на светские мероприятия, а для защиты от хищников, поэтому они и торчат, когда ёж сворачивается в клубок.

Tol

Насколько я помню, теорема о причёсывании ежа гласит, что 2n-мерного ежа причесать можно, а 2n+1-мерного - нельзя. Причёсывание выглядит так: в каждой точке поверхности ежа (односвязная непрерывная область) проводится касательная, причём направления касательных очень близких точек очень близки. Убедиться в справедливости очень просто - двумерного ежа (круг) можно причесать, а трёхмерного (шар) - никак не получается.

Taggeli

Эта теорема из теории множеств, и в более строгой формулировке она выглядит так: невозможно отобразить непрерывное множество само в себя так, чтобы по крайней мере одна точка не осталась на месте.
Отображение в теории множеств есть операция, аналогичная понятию функции в "обычной математике", когда одному числу (аргументу) ставится в соответствие другое число (функция от этого аргумента). Вообще говоря, можно рассматривать функции и от нескольких переменных, да и само значение функции не обязано быть одним-единственным числом, это тоже может быть "несколько переменных" - например, точка в пространстве, задаваемая своими координатами. Поэтому корректнее говорить о функции как правиле, которое одному элементу какого-то множества ставит в соответствие другой элемент какого-то множества. Не обязательно того же самого, но как частный случай можно отображать множество само на себя, то есть все "значения" функции принадлежат тому же множеству, что и все значения аргумента.
Если множество дискретное, то "причесать ежа" можно. Для этого достаточно просто "сдвинуть" элементы множества на один шаг, то есть каждому элементу N поставить в соответствие элемент N+1. То есть настоящего ежа, у которого счётное количество иголок ("счётное множество" - это как раз такое, всем элементам которого можно присвоить свой порядковый номер), причесать - в терминах этой теоремы - можно.
(Офф-топик: счётное множество не обязательно конечное. Множество натуральных чисел счётное - каждое имеет свой собственный номер, - но бесконечное.)
А вот если взять "сферического ежа" с непрерывным множеством иголок (то есть таким множеством, перенумеровать элементы которого не получится; пример - множество всех вещественных чисел), то мало того, что у него автоматом становится бесконечно много иголок, но для него натурально действует эта теорема. При причёсывании каждая иголка, или каждый волосок, начинается где-то на поверхности ежа и на ней же заканчивается - это и есть "отображение самого на себя". И вот для непрерывного множества иголок таки да, обязательно найдётся одна, которая будет стоять торчком, то есть отобразится сама в себя (= точки начала и конца этой иголки совпадают).
Доказательство этой теоремы хоть и занимает несколько строчек, требует понимания довольно специфических вещей из теории множеств, так что лучше принять это на веру...
Эта теорема может быть применена не только к ежу. Отображение сферической поверхности само на себя - это ещё и ветер. Ну натурально, ветер можно себе представить как отображение одной точки (взятой за исходную) в другую (ту, по направлению к которой он дует). Причём вполне очевидно, что множество всех точек земной поверхности - непрерывное (континуальное). И вот в силу оной теоремы должна быть по крайней мере одна точка, где ветра нет. Око тайфуна.

Zis

Ну, прежде всего, надо уточнить, что речь идет о свернувшемся в клубок еже. Ключевое слово - клубок, или шар. Если отвлечься от всех научных терминов, то представьте, что вы укладываете колючки на этом шарике. В какую бы сторону Вы их не приглаживали, все равно найдется хотя бы одна точка на этом ежике-шаре, где хотя бы одна иголка будет торчать. Куда бы Вы ее не пригладили, она будет направлена навстречу другим колючкам или перпендикулярно ежу-шару. Просто вообразите этого ежика и немного пофантазируйте.