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本文研究了平面Bonnesen-型等径不等式与Bonnesen-型的Ros等周不等式.
平面上最著名的几何不等式或许是等周不等式,其数学表述为:设Γ为平面简单闭曲线,其周长为L,所围区域的面积为A,则L2-4πA≥0,等号成立当且仅当Γ为圆周.
等周不等式描述平面简单闭曲线的周长L与面积A之间的关系,即平面上固定周长的简单闭曲线中,圆所围的面积最大,换句话说,平面上固定面积的区域中,圆盘的周长最小.等周亏格△2(Γ)=L2-4πA反映了曲线Γ与半径为L/2π的圆盘的差别程度.
我们得到平面等径不等式.
(平面等径不等式)设D为E2中由简单闭曲线所围的平面区域,其面积和直径分别为A和d,则d2-4/πA≥0,等号成立当且仅当D为圆盘.
等径不等式描述的是平面简单闭曲线中直径d与面积A之间的关系.等径亏格δ2(D)=d2-4/πA同样可以刻画区域D与半径为d/2的圆盘的差别程度.
在平面等周问题的研究中,19世纪20年代Bonnesen得到了等周亏格的一个下界估计.
(Bonnesen等周不等式)设Γ是周长为L的平面简单闭曲线,其所围区域D的面积为A,则L2-4πA≥π2(re-ri)2,等号成立当且仅当Γ为圆周.其中ri,re分别为D的最大内接圆半径和最小外接圆半径.
我们的主要结果是:
定理1.4设D为简单闭曲线所围凸区域,L,A,d分别为D的周长,面积,直径,则d2-4/πA≥1/π2(L2-4πA),等号成立当且仅当D为常宽凸体.
定理1.5(Bonnesen-型等径不等式)设D是平面简单闭曲线所围域,L,A,d,ri,re分别为D的周长,面积,直径,最大内接圆半径以及最小外接圆半径,则δ2(D)≥(re-ri)2;δ2(D)≥(L/π-2r)2;δ2(D)≥(L/π-2A/πr)2;δ2(D)≥(A/πr-r)2;δ2(D)≥(A/π)2(1/ri-1/re)2;δ2(D)≥(L/π)2(re-ri/re+ri)2;δ2(D)≥(A/π)2(1/ri-1/r)2;δ2(D)≥(L/π)2(r-ri/r+ri)2;δ2(D)≥(A/π)2(1/r-1/re)2;δ2(D)≥(L/π)2(re-r/re+r)2,其中,ri≤r≤re.等号成立当且仅当D为圆盘.
定理1.9设D为平面卵形域,k为其边界(6)D的曲率,则∫(6)D1/κds-2A≥2/π(L2-4πA),等号成立当且仅当D的曲率满足:1/κ=F0/2+F2cos(2φ)+G2sin(2φ)>0,φ∈[0,2π).其中L,A分别为D的周长和面积.