2012年1月25日 星期三

不動點定理

定理:設函數$f$是從$[0,1]$映到$[0,1]$,且$f\in C[0,1]$,則必存在一個$c\in [0,1]$使得\[f(c)=c\]
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證明:令$g(x)=f(x)-x$,則\[\begin{align}g(0)&=f(0)\\ g(1)&=f(1)-1\end{align}\]
採用反證法,假設$g(0)g(1)>0$,則表示$f(0)f(1)>f(0)$,由於$0<f(0)\leq 1$,所以左右消去$f(0)$,得\[f(1)>1\]
顯然與命題不符,矛盾,得\[g(0)g(1)\leq 0\]
若$g(0)g(1)=0$,則表示$g(0)=0$或$g(1)=0$,也就是\[f(0)=0\text{ or }f(1)-1=0\]
命題成立
若$g(0)g(1)<0$,則根據中間值定理,存在$c\in [0,1]$使得$g(c)=0$,也就是\[f(c)-c=0\]
證畢