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Isométrica, incrustar un Pentágono en $\mathbb{R}^2$

En este post, el pentágono regular es el espacio métrico $M=\{1,2,3,4,5\}$ con $$d(1,2) = d(2,3) = d(3,4) = d(4,5) = d(5,1) = 1,$$ $$d(1,3) = d(2,4) = d(3,5) = d(4,1) = d(5,2) = 2.$$

Preguntas:

  1. Hay una norma $\|\cdot\|$ $\newcommand{\R}{\mathbb{R}}\R^2$ de manera tal que el pentágono regular puede ser isométricamente incrustado en $(\R^2,\|\cdot\|)$?

  2. Si no, ¿cuál es la mínima dimensión de $n$ que admite una norma $\|\cdot\|$ $\R^n$ de manera tal que el pentágono regular es isométricamente incrustado en $(\R^n,\|\cdot\|)$?

Lo que ya sé:

  • Desde cualquier espacio métrico con $k$ elementos pueden ser isométricamente incrustado en $\R^k$ $l^\infty$- norma, hay al menos una incrustación en $\R^5$ (por ejemplo, por la Kuratowski incrustación de objetos).

  • Por ejemplo: La plaza en el anterior sentido (regular 4-gon) puede ser isométricamente incrustado en $\R^2$ $\|\cdot\|_1$- norma (Manhattan a pie) como $(0,0),(0,1),(1,1),(1,0)$.

Para una generalización de esta cuestión, ver Isométricamente incrustar $K$-gon en $\mathbb{R}^N$

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Khang Puntos 1

Notación : $f: M\rightarrow (\mathbb{R}^n,\|\ \|),\ f(i)=x_i$

$[xy]$ segmento de línea

$[xy)$ ray en $x$ y pasando a través de $y$

$(xy)$ línea que contenga $x,\ y$

$|xy|$ distancia entre el $x$ $y$

EXE : $n\neq 2$

Prueba : Paso 1 : Aquí $\Delta =[ x_1x_3x_4]$ es un triángulo. Vamos a demostrar que un punto de $x_2$ no está en el triángulo $\Delta$.

Si $x_2\in \Delta$, luego deje $$ [x_4x_2)\bigcap [x_1x_3] =\{z\}$$

Por la convexidad de la función de distancia $d(x)= |x_4x|$, desde $|x_4x_1|,\ |x_4x_3|\leq 2$ ,$|x_4z|\leq 2$. Por supuesto, $z= x_2$ and $|x_4z|=2$.

Por supuesto, de $x_i$, $z$ es un punto medio de $[x_1x_3]$. Si $z'$ es un punto medio de la $[x_1x_4]$, luego $$ 2=|zx_4| \leq |z'x_4|+|zz'|=\frac{3}{2}$ $ , de modo que es un la contracción.

Paso 2 : $(x_ix_j)$ donde $x_i\en \{x_1,x_3,x_4\}$ divides $\mathbb{R}^2$ en 7 regiones

$R_i$ se trunca cono cuyo vértice es $x_i$ $S_i$ es un cono cuyo vértice es $x_i$.

1) $x_2$ no $S_1,\ S_3,\ S_4$ y sus límites :

Si $x_2$$S_1$, a continuación, vamos a utilizar la convexidad de la función $d(x)=|xx_3|$ Recordar que $d(x_1)=2,\ d(x_4)=1$ Si definimos $$ [x_2x_3]\bigcap (x_1x_4) =\{z\} $$

a continuación, $$ d(x_2)\geq d(z)\geq d(x_1)\geq 2 $$

Para $S_3,\ S_4$, podemos hacer el mismo argumento.

2) $x_2$ no $R_3$ : Si $x_2$$R_3$, y luego definir $[x_2x_3]\bigcap [x_1x_4]=\{z\}$. Entonces $$ 2=|x_4x_2| \leq |zx_4| + |zx_2| $$

de modo que $|zx_4| =1+\epsilon$. Por lo tanto $$ 2=|x_1x_3|\leq |zx_1| +|zx_3| <2 $$ since $|zx_1|=1-\epsilon$. Contradicción.

3) $x_2$ no $R_1$ : Ahora, suponga que $x_2\in R_1$.

Si $[x_1 x_2]\bigcap [x_3x_4]=\{z\}$, $|x_1x_3|\leq |x_1z| +|zx_3| <2$. Contradicción.

4) $x_2$ no $R_4$ :

Si $z,\ z'$ a mediados de los puntos en $[x_1x_3],\ [x_1x_4]$, $$2=|x_2x_4|\leq |x_2z| +|zz'| +|z'x_4|=|x_2z| +\frac{3}{2}$$

de modo que $|x_2z|\geq \frac{1}{2}$.

Desde $|x_1x_2|,\ |x_1z|,\ |x_1z'|$ 1 $x_2$ es en un lugar cerrado la mitad de plano que contiene a $(zz'),\ x_1$.

Si $[zx_4]\bigcap [z'x_3]=\{w\}$, $[wzz'],\ [wx_4x_3]$ similar con un ratio de 2.

Desde $|zx_4|\leq \frac{3}{2}$, por lo que $$ |zw|\leq \frac{1}{2},\ |wx_4|\leq 1 $$

Si $x_2x_1x_2'x_3$ es paralelogramo, entonces $x_2'$ no $[zz'w]$.

En más, $|x_3x_2'|=1$, $x_2'$ no $[zx_3x_4]$. Para $x_5$ tenemos $x_5'$, de modo que $[zx_2']\bigcap [z'x_5'] $ está en $[zz'w]$.

Esto contradice el hecho de que $[x_2x_2']$ está en el límite de unidad de pelota cuyo centro es $x_1$.

EXE : En $\mathbb{R}^3$, existe un ejemplo : $$ (0,1,1),\ (-1,1,1),\ (-1,0,1),\ (-\frac{1}{2},0,\frac{3}{2} ),\ (0,\frac{1}{2},\frac{3}{2} ) $$ in $\|\ \|_1$

EXE : En $\mathbb{R}^4$, existe un ejemplo : $$ (0,0,0,0),\ (1,0,1,1),\ (2,-1,0,0),\ (2,0,0,-1),\ (1,1,-1,0) $$ in $\|\ \|_\infty$

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