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1917年,日本数学家挂谷宗一提出:让一根长度为1的针在平面上旋转180度(掉头),它扫过的面积最小可以是多少?趋近于零。
以长度为1的针的中点为轴画圆,最大面积是π/4≈0.785π/4≈0.785,即这个面积是π/4就是它能扫过的最大面积,一根长度为1的针在这个平面上旋转180度,需要的最小面积是多少呢?
通过巧妙的移动,可以使面积远小于此——π/4。最终,俄国数学家贝西科维奇在1928年证明了一个惊人的结论:面积可以任意接近零。即二维成立。
我用物理原理探索的证明方法:由于针静止不动:面积是0。我们让长度为1的针旋转180度能扫过的圆面,这个圆面的旋转速度等于针的旋转速度,仍然是针相对圆面静止,面积是零,相当于一根长度为1的针在平面上旋转180度扫过的面积是零。也就是说,根长度为1的针在平面上旋转的面积可以任意接近于零,是因为旋转的线段的面积是趋近于零的,这是挂谷猜想的必要条件。
在二维成立的基础之上,用无限分割及递归思想证明三维也成立。由于以度为1的一半为半径的球体的体积是:π/6,即它旋转形成的最大体积是:π/6。我们把这个球体一半一半的分割,分割n次后每一份的体积是:π/6(1/2)^n,显然当n趋于无穷大时,每一份的体积趋近于零,虽然每一份的体积趋近于零,但是每一份的面积是π/4——过半径是1/2球心的截面,并且每一份面积的“地位”、性质是相同的,也就是说,分割成无穷个过半径是1/2球心的任意一个截面——π/4,都符合挂谷猜想,即回到二维挂谷问题,二维已经证明,即证明了:三维成立。
同样的方法:从n维降为n-1维,n-1维降为n-2维……,一直降到2维,即可以证明n维同样成立。即挂谷猜想在n维都成立。