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数学中,有哪些方程和思想让你体会到了美感?

本帖由 漂亮的石头2020-09-12 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    [​IMG] 知乎用户,啥都不懂,手无缚鸡之力,一无是处 阅读原文

    考虑一个流形上的动力系统,比如球面上的向量场:

    [​IMG]

    我们想问:空间(流形)本身的结构,到底在多大程度上限制了动力系统的行为?或者说,我们要回答,是不是:一个空间上,动力系统的行为是可以被人们随意设定、不受空间本身约束的?

    答案是:否。

    庞加莱 - 霍普夫(Poincare-Hopf)定理指出:空间本身的拓扑结构,就已经对定义在其上的动力系统可能的运动轨线作出了限制。在我的知识范围内,我始终认为这是我见过的最美妙的定理。

    虽然,我平时根本用不到它,我跟它的关系远远不及随机数学、最优化理论那样亲密,但它带给我很大、非常大的美学享受,胜于其它任何一个数学定理。

    比如空间的欧拉示性数是[​IMG],空间中流淌着一个长这个样子的动力系统:

    [​IMG]

    所有在[​IMG]上的箭头指向[​IMG],系统中间有一个,我现在想把这个源去掉,可以吗?

    这时候,Poincare-Hopf 定理就会在你耳边回响、低语:“可以啊,凡人,但你需要保证指数和依然为 [​IMG]。现在空间中只有一个源,满足我的条件,但你不论怎么调整,都必须始终服从我的意志。”

    我:“神啊,能再给我些启示吗?”

    神回答道:“看吧:”

    [​IMG]

    我:“哦,神啊,我懂了,系统的运动轨迹必须满足您的要求,只要按照上图给予的启示,我就可以从心所欲不逾矩了,比如改成这样就可以,是吧?”

    [​IMG]

    您看,这样的指数和还是为 [​IMG](两个指数[​IMG],一个指数[​IMG]),这样就是可以的,对吗?

    神:“孺子可教也啊,哈哈哈哈哈嗝”。

    References(启示录):

    【1】Andreu Mas-Colell,The Theory of General Economic Equilibrium: A Differentiable Approach

    【2】J.W.Milnor,Topology from the Differentiable Viewpoint

    ————————————————————————————————————————

    神侍者:“我们的面具也要满足神的意志”

    [​IMG]
    阅读原文
     
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