Plateau's problem(
普拉托問題)
這個問題看上去非常簡單,就是問在邊界固定的情況下,什麽樣子的曲面面積最小。這在物理上是一個很顯然的問題。根據
普拉托定律,你拿個鐵絲彎成邊界,然後吹肥皂泡就好了。但是這個在數學上來說,是一門學科,幾何測度論(
Geometric measure theory)的核心問題。
為什麽說這個問題難呢?我們考慮一個簡單的情形,即在三維空間中邊界為圓弧的曲面。這個問題答案很顯然,就是圓盤。但是從數學角度而言,這個不簡單。
通常的想法就是,我們可以把曲面視為一個從二維圓盤到三維空間的對映,然後利用變分法去考慮這個問題。但是這個方法有著很多毛病,其中最大的問題就是缺乏緊性。我們不妨試著跟著這個思路走一下,看看會出怎樣的問題。
1. 遍歷所有可能的曲面,然後取一個面積趨近於最小(infimum)的序列;
2. 找出一個收斂子序列;
3. 證明極限就是我們想要的曲面,即最小曲面。
在這三步計劃中,第二步就會出現很大的問題。比如: