Plateau's problem(
普拉托问题)
这个问题看上去非常简单,就是问在边界固定的情况下,什么样子的曲面面积最小。这在物理上是一个很显然的问题。根据
普拉托定律,你拿个铁丝弯成边界,然后吹肥皂泡就好了。但是这个在数学上来说,是一门学科,几何测度论(
Geometric measure theory)的核心问题。
为什么说这个问题难呢?我们考虑一个简单的情形,即在三维空间中边界为圆弧的曲面。这个问题答案很显然,就是圆盘。但是从数学角度而言,这个不简单。
通常的想法就是,我们可以把曲面视为一个从二维圆盘到三维空间的映射,然后利用变分法去考虑这个问题。但是这个方法有着很多毛病,其中最大的问题就是缺乏紧性。我们不妨试着跟着这个思路走一下,看看会出怎样的问题。
1. 遍历所有可能的曲面,然后取一个面积趋近于最小(infimum)的序列;
2. 找出一个收敛子序列;
3. 证明极限就是我们想要的曲面,即最小曲面。
在这三步计划中,第二步就会出现很大的问题。比如: