WikiSort.ru - Не сортированное

Теорема Брунна — Минковского — классическая теорема выпуклой геометрии:

Формулировка

Пусть ${\displaystyle K_{0}}$ и ${\displaystyle K_{1}}$  — компактные выпуклые тела в n-мерном евклидовом пространстве. Рассмотрим сумму Минковского ${\displaystyle K_{\lambda }=(1-\lambda )K_{0}+\lambda K_{1}}$ , ${\displaystyle \lambda \in [0,1]}$ , то есть множество точек, делящих отрезки с концами в любых точках множеств ${\displaystyle K_{0}}$ и ${\displaystyle K_{1}}$ в отношении ${\displaystyle \lambda }$ к ${\displaystyle (1-\lambda )}$ . Тогда функция

${\displaystyle f(\lambda )={\sqrt[{n}]{\mathop {\rm {vol}} K_{\lambda }}}}$

есть вогнутая функция от ${\displaystyle \lambda }$ .

Более того, функция ${\displaystyle f(\lambda )}$ линейна в том и только в том случае, когда ${\displaystyle K_{0}}$ и ${\displaystyle K_{1}}$ гомотетичны.

Следствия

• Изодиаметрическое неравенство: В евклидовом пространстве среди всех тел данного диаметра, шар имеет наибольший объём. Для доказательства теоремы достаточно применить неравенство Брунна — Минковского к данному телу ${\displaystyle W}$ и к его центральносимметричной копии ${\displaystyle W'}$ .

История

Теорема установлена Брунном (англ.) в 1887, уточнена и дополнена Минковским^[1], обобщена на случай произвольных компактных тел Люстерником^[2].

Довольно простое доказательство приведённое Бляшке использует симметризацию Штайнера. Другое, короткое и простое доказательство нашли Г. Хадвигер и Д. Оман.^[3] В нём неравенство доказывается сначала для пар параллелепипедов с параллельными гранями — эта часть эквивалентна неравенству между средним геометрическим и средним арифметическим. Далее по индукции доказывается для конечных объединений таких параллелепипедов. Неравенство следует поскольку любое тело можно приблизить таким объединиением.

Литература

• В. Бляшке, Круг и шар. М.: Наука, 1967.
• Бураго Ю.Д., Залгаллер В.А. Геометрические неравенства. — Наука, 1980.
• Федерер Г. Геометрическая теория меры. — 1987. — 760 с.