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地面可视为数学上的连续曲面,f(θ)和g(θ)都是θ的连续函数;椅子在任何位置至少有三只脚同时着地,,f(θ),g(θ)至少有一个为零,即:
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为讨论方便起见,不妨设g(0)=0,f(0)>0。
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将椅子旋转90°,对角线AC与BD互换,由g(0)=0,f(0)>0,得到,。
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而同时着地可表述为:
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,使
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这样椅子放稳问题可归结为如下命题。
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设f(θ)、g(θ)是[0,2π]上θ的非负连续函数,若,有f(θ)g(θ)=0,且g(0)=0,f(0)>0,,,则,使f(θ0)=g(θ0)=0。
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令h(θ)=f(θ)-g(θ),则:
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再由f(θ),g(θ)的连续性,得到h(θ)是一个连续函数,从而h(θ)是上的连续函数。
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由连续函数的中值定理:,使h(θ0)=0,即,使f(θ0)=g(θ0)。
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又因为,有f(θ)g(θ)=0,故:
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因此,至多旋转90°就可找到放稳点。
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当然,对于四条脚不一样长的椅子能否放稳呢?答案是否定的。
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