科普 每个形状都隐藏着一个正方形,我们却无法证明 | Quantia

2026-02-10 10:09:15
转载

导读

这篇科普内容介绍了内接正方形问题,该问题由数学家奥托·托普利茨在1911年提出,即所有乔丹曲线是否都存在内接正方形,目前该猜想仍未被完全证明。文中还梳理了一个多世纪以来数学家们在该问题上的探索与突破,比如证明了凸曲线存在内接正方形、所有乔丹曲线都内接矩形等。

我在这个视频里讲了一个听起来很简单、但困扰了数学家一百多年的几何问题:内接正方形问题。想象你随手画一个圈,任何形状都行,比如一片叶子的轮廓、一个湖的边界,或者闭着眼睛画的环。问题来了:在这个环上,是否存在四个点,恰好构成一个完美的正方形?1911年,数学家奥托·托普利茨提出了这个猜想,但直到今天,我们仍然无法对所有可能的曲线给出最终证明。 我具体解释了什么是“乔丹曲线”(就是不自交的闭合环),以及“内接正方形”的确切含义(四个顶点在曲线上即可,正方形本身可以伸出环外)。然后我梳理了数学家们一个多世纪以来的探索历程。比如,1913年,阿诺德·埃姆奇证明了所有凸曲线(像鸡蛋那样向外鼓的曲线)都存在内接正方形,他用了一个巧妙的方法:通过滑动水平弦和垂直弦,找到中点重合的一对垂直弦,再旋转整个构造,最终得到一个正方形。 但问题是要证明“所有”曲线。1977年,赫伯特·沃恩取得了重大突破。他转而研究一个稍简单的问题:每个乔丹曲线是否都内接一个矩形?他证明了答案是肯定的。他的方法非常优美:考虑曲线上所有无序点对构成的空间,这其实是一个莫比乌斯带。 title: Every Shape Hides a Square No Matter What. We Can't Prove It. url: https://www.youtube.com/watch?uploader: Quantia publish_timestamp: 2026-04-14 00:44:09 UTC+8 duration: 11:52 原视频描述(中文翻译): 在纸上画任意闭合曲线——光滑的、锯齿状的、分形的、海岸线或树叶轮廓。Otto Toeplitz 在 1911 年猜想,每条曲线上总有四个点能形成一个完美的正方形:边长相等,角度为直角。 这看似显而易见,实则不然。115 年过去了,这个问题仍未解决。 本视频将探讨初等几何中最奇特的未解问题: - Arnold Emch 在 1913 年对凸曲线的优美证明——纯中点和连续性。 - 从“存在矩形”到“存在正方形”的跨越为何如此困难,以至于现有工具无法应对。 - 莫比乌斯带论证如何证明每条光滑曲线内接一个矩形,以及非定向曲面如何控制平面上的四点构型。 - Schnirelmann(1929)、Stromquist(1989)、Meyerson 的稠密集结果(1981)、Tao 的积分方法(2016)。 - Joshua Greene 和 Andrew Lobb 在 2020 年 5 月的突破——隔离数学、辛几何、嵌入拉格朗日 ℝ⁴ 的克莱因瓶,以及 Shevchishin 关于非定向拉格朗日量的定理。 - 现在已知任何光滑 Jordan 曲线都能内接所有矩形长宽比。 - 而原始问题——允许最狂野的分形——仍然完全开放。 关键不在于猜想本身,而在于一个世纪以来,世界顶尖数学家仍无法证明这看似最简单的一点:正方形。 章节: 00:00 — 开场 00:10 — 介绍 00:58 — 什么是 Jordan 曲线 01:48 — Toeplitz 的断言 02:39 — 凸曲线情况(Emch,1913) 03:42 — 莫比乌斯带证明(矩形) 05:43 — 正方形为何如此困难 06:27 — 一个世纪的局部结果 07:22 — Tao 的积分方法(2016) 08:21 — Greene–Lobb,2020 年 5 月 10:12 — Koch 雪花和仍开放的领域 11:07 — 你的曲线隐藏了什么? 参考: - Otto Toeplitz, Jahresbericht DMV 20 (1911) — 原始猜想 - Arnold Emch (1913, 1915, 1916) — 凸曲线和光滑曲线情况 - Lev Schnirelmann (1929, 修正于 1944) — C² 曲线 - Walter Stromquist (1989) — 局部单调曲线 - Mark Meyerson (1981) — 任何 Jordan 曲线上几乎所有点都位于某个内接正方形上 - Terence Tao (2017), "An integration approach to the Toeplitz square peg problem" - Joshua Greene & Andrew Lobb (2020), "The rectangular peg problem" — Annals of Mathematics - Vaughan 的莫比乌斯带论证(1977,未发表;后来普及) 音乐、动画、旁白均为原创。动画使用 Manim Community Edition 渲染。

评论

共0条评论
face
inputImg
最新更新

关于前两天我的不当言论致歉信

前两天我搞出来的丑事想必大家也很清楚,我这两天一直在自己思考,也听了很多人(无论是我的同学还是评论区的夕厨、棘刺厨、闪灵厨、维娜·维多利亚厨等等)对我的开导和控…

2026-08-15 18:300赞 · 2评论

反恐精英蓝兔和羊驼哪个厉害

【反恐精英蓝兔和羊驼哪个厉害?——一场跨次元的幽默解构与游戏文化误读辨析】

2026-08-15 18:100赞 · 0评论

免费好用的游戏加速器推荐:稳定低延迟的加速工具分享

在竞技类多人在线游戏或大型开放世界联机冒险游戏中,网络延迟、丢包、频繁掉线等问题常因高峰时段带宽拥塞或本地网络路径不佳而加剧。此时,一款具备底层协议优化能力、节…

2026-08-15 15:500赞 · 0评论

2026热门免费英语闯关游戏App推荐:趣味学英语,轻松过等级

英语闯关类学习APP免费下载,是近期广受用户欢迎的语言训练工具。它将词汇记忆与语法要点拆解为轻量级游戏关卡,适配碎片化时间使用场景,比如通勤、排队或课间休息,有…

2026-08-15 15:400赞 · 0评论

数毛社放话 想追平PS6 你得买张5090 引发热议

2026 年 8 月 15 日,知名技术分析媒体 Digital Foundry 近日在一期节目中抛出重磅观点:若想在 PC 平台上获得与 PlayStatio…

2026-08-15 13:400赞 · 0评论

官方主动跳过剧情?!是没自信,还是为了更好的打磨?【异环1.3杂谈】

2026-08-15 13:020赞 · 0评论

蛋仔账号交易平台推荐:安全可靠的蛋仔账号交易APP有哪些

蛋仔派对账号交易平台如何挑选?判断一个蛋仔账号的价值,关键在于限定外观数量、联动皮肤是否齐全、配饰与动作的稀有度、以及潮流纤维等资源储备情况。有些账号看似收藏丰…

2026-08-15 12:400赞 · 0评论

2026热门牙医模拟手游推荐:好玩又解压的牙科游戏合集

守护口腔健康是儿童成长过程中的重要一环。现实中,不少孩子对刷牙、定期检查缺乏认知,也容易因陌生感对牙科诊疗产生紧张情绪。借助寓教于乐的牙医主题互动游戏,家长可帮…

2026-08-15 11:100赞 · 0评论

探秘涂鸦黑手党 揭秘涂鸦黑手党的特色与魅力

作为一款以黑手党为题材的游戏,《涂鸦黑手党》带给玩家们一个真实而刺激的黑帮世界。在这个游戏中,玩家可以扮演黑手党成员,在城市的角落中进行各种犯罪活动和任务。本文…

2026-08-15 10:400赞 · 0评论

《以你的目的就是杀死我》游戏玩法解析攻略 揭秘游戏内隐藏玩法

《以你的目的就是杀死我》是一款极具挑战性的多人在线游戏,玩家需要在游戏中互相追杀,生存到最后。本文将为大家详细解析该游戏的玩法,揭示隐藏的技巧和策略,帮助玩家提…

2026-08-15 06:400赞 · 0评论
暂无更多