舉例
取一個淺盒和一張紙,紙恰好蓋住盒内的底面。可想而知此時紙上的每個點與正在它下面的盒底上的那些點配成對。把這張紙拿起來,随機地揉成一個小球,再把小球扔進盒裡。拓撲學家已經證明,不管小球是怎樣揉成的,也不管它落在盒底的什麼地方,在揉成小球的紙上至少有一個這樣的點,它恰好處在它盒底原來配對點的正上方。
通過具體找到這個點,就能說明這個問題了。
紙被揉成球以後,看它現在投到紙盒底部的影子。紙盒底部的影子區域肯定比紙盒底要小。那麼,就取【紙盒底部的在影子内的那個部分】,它肯定對應于紙團裡面的某一小團部分。(因為整個底闆對應于整個紙團,那麼地闆的一部分就肯定對應于一部分紙團)
假如去掉紙團的其他部分,那一小團部分同樣可以在紙盒底面投影,而且投影肯定比剛才的大投影小,而且在它之内。(因為它是在整個紙團之内)。那麼,取這一小片投影(注意這片影子肯定是連續的不會斷開,因為紙沒有撕裂),當它再往紙團裡對應的時候,肯定對應于其中更小的一團。我們再次把多馀的紙去掉。
就是說:
整個紙盒對應于紙團
紙盒【在紙團投影内的部分】對應于紙團内的一小塊
紙盒【一小塊的投影的部分】對應于剛才那一小塊内的更小一塊
紙盒【更小塊投影的部分】對應于更小塊中的更更小一塊
…………………………
不斷地去掉紙無限次,最後紙團隻剩下了一個點,它的投影就對應于紙盒的一個點。
函數
例如,定義在實數上的函數f,
f(x) = x^2 - 3x + 4,
則2是函數f的一個不動點,因為f(2) = 2。
也不是每一個函數都具有不動點。例如f(x) = x + 1就沒有不動點。因為對于任意的實數,x永遠不會等于x + 1。用圖像的話來說,不動點意味着點(x,f(x))在直線y = x上,或者換句話說,函數f(x)的圖像與那根直線有共點。這個例子的情況是,這個函數的圖像與那根直線是一對平行線。
應用
1 利用f(x)的不動點解方程(牛頓切線法)
2 利用f(x)的不動點求函數或多項式的解析式
3 利用f(x)的不動點讨論n-周期點問題
4 求解數列問題(求解一階遞歸數列的通項公式)
5 求解一階遞歸數列的極限
這是利用不動點開立方(牛頓切線法)的例子
開方:
公式:X(n+1)=Xn+(A/Xn^2-Xn)1/3設A=5,開3次方
5介于1^3至2^3之間(1的3次方=1,2的3次方=8)
X_0可以取1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0都可以。例如我們取2.0.按照公式:
第一步:X1={2.0+[5/(2.0^2-2.0]1/3=1.7.}。即5/2×2=1.25,1.25-2=-0.75,0.75×1/3=0.25,輸入值大于輸出值,負反饋
2-0.25=1.75,取2位數值,即1.7。
第二步:X2={1.7+[5/(1.7^2-1.7]1/3=1.71}.。
即5/1.7×1.7=1.73010,1.73-1.7=0.03,0.03×1/3=0.01,輸入值小于輸出值正反饋
1.7+0.01=1.71。取3位數,比前面多取一位數。
第三步:X3={1.71+[5/(1.71^2-1.71]1/3=1.709}輸入值大于輸出值,負反饋
第四步:X4={1.709+[5/(1.709^2-1.709]1/3=1.7099}.輸入值小于輸出值正反饋
這種方法可以自動調節,第一步與第三步取值偏大,但是計算出來以後輸出值會自動轉小;第二步,第四步輸入值偏小,輸出值自動轉大。X_4=1.7099.
當然也可以取1.1,1.2,1.3,。。。1.8,1.9中的任何一個。
定理
在數學的不同部分有很多定理保證函數、在一定的條件下,必定有一個或者更多的不動點。這些在最基本的定性結果當中,那些普遍性應用的不動點定理是非常具有價值的洞察。



















