如何證明三維歐式球體內任意閉凸曲面的面積小於球體表面積?這個結論是否為某一數學學科下的經典結果?

時間 2021-05-30 00:12:08

1樓:

設 是閉凸集, 是緊集,並且 。我們證明 。

定義投影函式 為 。這的確是乙個函式,因為假如有兩個點 使得 ,那麼 ,其中 為以 為心 為半徑的開球,但線段 是這個球的弦,與 是凸集矛盾。

下面,我們注意到 是乙個Lipschitz常數不大於1的函式。假設 d(x_1,x_2)" eeimg="1"/>,其中 。因為 是凸集,線段 ,所以由 的定義, 。

也就是說, 和 都是鈍角。如果垂直於線段 作兩個n-1維超平面,分別過 和 ,那麼 和線段 在第乙個超平面的不同側, 和線段 在第二個超平面的不同側,所以 不小於兩個超平面的距離,也就是 ,矛盾。

而且, 是 的滿射。首先,如果 ,那麼就可以找乙個小鄰域 ,再找乙個開線段 和 的交點 ,顯然有 ,與 的定義矛盾。下面,因為 是凸集,對每個 ,都可以找乙個過 的「支撐超平面」使得 的點都在這個超平面一側或者在超平面上。

垂直於這個超平面從 往另一側作一條射線 。因為 是緊集,存在 中離 最遠的點 。顯然 ,並且 ,因為如果 在超平面上那麼 不小於垂線段 的長度;如果 在超平面另一側, 更大。

這樣,對每個開球 , 都包含乙個與 一樣大的開球。由Hausdorff測度的定義可直接得到 。

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