Sabit nokta teoremi

Matematik'te bir sabit nokta teoremi, bir F fonksiyonunun, genel terimlerle ifade edilmiş belli koşullar altında en az bir sabit noktası (bir x noktası için F (x) = x) olduğunu ifade eden bir sonuçtur. Bu tür sonuçlar matematikte en çok kullanılanlar arasındadır.

Buna karşılık, Brouwer sabit nokta teoremi oluşturmacı(constructive) olmayan bir sonuçtur : n boyutlu Öklid uzayındaki kapalı birim küreden kendisine sürekli bir fonksiyonun sabit bir noktaya sahip olması gerektiğini ifade eder, fakat sabit noktanın nasıl bulunacağını söylemez (ayrıca bkz . Sperner lemması ).

Örneğin, kosinüs fonksiyonu [ − 1,1] 'de süreklidir ve bu aralığı [ − 1, 1]' e eşler ve bu nedenle sabit bir noktaya sahip olmalıdır. Bu durum, kosinüs fonksiyonunun grafiğini incelerken açıkça görülür; sabit nokta, kosinüs eğrisi y = cos (x) ile y = x doğrusunun kesiştiği yerde oluşur. Sayısal olarak, sabit nokta yaklaşık x = 0,73908513321516 (bu x değeri için x = cos (x)) olur.

Cebirsel topolojiden Lefschetz sabit nokta teoremi (ve Nielsen sabit nokta teoremi ) dikkat çekicidir, çünkü bir anlamda sabit noktaları saymak için bir yol sunar.

Fraktal sıkıştırmadaki kolaj teoremi, birçok görüntü için, herhangi bir başlangıç görüntüsüne yinelemeli olarak uygulandığında, istenen görüntü üzerinde hızla birleşen bir işlevin nispeten küçük bir tanımının var olduğunu kanıtlar.

Knaster-Tarski teoremi, tam bir kafes üzerindeki herhangi bir monoton fonksiyonun sabit bir noktaya, hatta en küçük sabit noktaya sahip olduğunu belirtir. Ayrıca bakınız Bourbaki – Witt teoremi .

Lambda kalkülüsde ortak bir konu, verilen lambda ifadelerinin sabit noktalarını bulmaktır. Her lambda ifadesinin sabit bir noktası vardır ve sabit nokta birleştiricisi bir lambda ifadesini girdi olarak alan ve çıktı olarak bu ifadenin sabit bir noktasını üreten bir "fonksiyon" dur. Önemli bir sabit nokta birleştirici, yinelemeli tanımlar vermek için kullanılan Y birleştiricidir .

Gösterimsel semantik programlama dillerinde, özyinelemeli tanımların semantiğini oluşturmak için Knaster– Tarski teoreminin özel bir hali kullanılır. Sabit nokta teoremi "aynı" fonksiyona uygulansa da(mantıksal açıdan), teorinin gelişimi oldukça farklıdır.

Özyinelemeli fonksiyonun aynı tanımı, hesaplanabilirlik teorisinde, Kleene'nin yineleme teoremi uygulanarak verilebilir. Bu sonuçlar eşdeğer teoremler değildir; Knaster – Tarski teoremi, gösterimsel semantikte kullanılandan çok daha güçlü bir sonuçtur. Ancak, Church-Turing tezinin ışığında, sezgisel anlamları aynıdır: özyinelemeli bir fonksiyon, belirli bir fonksiyonelin(fonksiyonları fonksiyonlara götüren dönüşüm) en küçük sabit noktası olarak tanımlanabilir.

Sabit bir noktayı bulmak için bir fonksiyona iterasyon uygulama tekniği, kümeler teorisinde de kullanılabilir; normal fonksiyonlar için sabit nokta lemması, ordinallerden ordinallere sürekli ve kesin artan herhangi bir fonksiyonun bir (hatta birçok) sabit noktası olduğunu belirtir.

Bir kısmi sıralı kümedeki her kapanış operatörünün birçok sabit noktası vardır; bunlar kapanış operatörüne göre "kapalı elemanlardır" ve bu sabit noktalar, kapanış operatörünün öncelikle tanımlanmasının ana nedenidir.

Tek sayıda eleman içeren sonlu bir kümedeki her bir involüsyonun sabit bir noktası vardır; daha genel olarak, sonlu bir kümedeki her bir involüsyon için, eleman sayısı ve sabit noktaların sayısı aynı pariteye(çiftlik/teklik durumu) sahiptir . Don Zagier, bu gözlemleri iki kare toplamı ile ilgili Fermat teoremine yazdığı bir cümlelik kanıtında kullandı; aynı tam sayı üçlüleri kümesindeki iki involüsyonu tanımlayarak, bunlardan biri yalnızca bir sabit noktaya ve diğerine kolayca gösterilebilir bunların iki karenin toplamı olarak belirli bir asalın (1 mod 4'e uygun) her bir temsili için sabit bir noktası vardır. İlk involüsyonun tek sayıda sabit noktası olduğundan, ikincisinin de tek sayıdadır ve bu nedenle her zaman istenen formun bir gösterimi vardır.