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多元凸函数的判定

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多元凸函数的判定1 引言凸函数是一类基本函数,具有非常好的分析学性质,在极值研究、不等式证明、数学规划、逼近论、变分学、最优控制理论、对策论等领域有着广泛的应用.人们对一元凸函数性质和判定方法已经有了丰富的研究,但随着凸函数应用范围的不断扩展,多元凸函数越来越多的被研究.一元函数凸性的判定方法也被推广到多元函数,文献[4]将凸函数与导函数之间的关系推广,给出了用梯度判定多元函数凸性的方法,文献[5]将凸函数与二阶导数之间的关系推广,给出了用黑塞矩阵判定多元函数凸性的方法.而多元函数的梯度与黑塞矩阵在计算中往往比较繁琐,本文将着力研...

多元凸函数的判定
1 引言凸函数是一类基本函数,具有非常好的分析学性质,在极值研究、不等式证明、数学规划、逼近论、变分学、最优控制理论、对策论等领域有着广泛的应用.人们对一元凸函数性质和判定方法已经有了丰富的研究,但随着凸函数应用范围的不断扩展,多元凸函数越来越多的被研究.一元函数凸性的判定方法也被推广到多元函数,文献[4]将凸函数与导函数之间的关系推广,给出了用梯度判定多元函数凸性的方法,文献[5]将凸函数与二阶导数之间的关系推广,给出了用黑塞矩阵判定多元函数凸性的方法.而多元函数的梯度与黑塞矩阵在计算中往往比较繁琐,本文将着力研究多元函数凸性判定方法的改进,使凸函数判定的计算更加简洁,应用更加方便.2 定义及引理本节主要介绍本文用到的定义及引理.定义2.1[2] 设D⊂Rn,如果D中的任意两点的连线也在D内,则称D为Rn中的凸集.即对任意P1​,P2​,数λ∈(0,1),总有λP1​(1−λ)P2​∈D.定义2.2[1]设D⊂Rn为非空凸集,f为定义在D上的函数,若对任意P1​,P2​∈D,λ∈(0,1),总有f(λP1​(1−λ)P2​)≤λf(P1​)(1−λ)f(P2​),   (1)则称f为D上的凸函数.反之,如果总有f(λP1​(1−λ)P2​)≥λf(P1​)(1−λ)f(P2​),   (2)则f为D上的凹函数.若上述(1)、(2)中的不等式改为严格不等式,则相应的函数称为严格凸函数和严格凹函数.定义2.3[2] f(P)是定义在D⊂Rn上的多元函数,若在点P0​(x1​,x2​,⋅⋅⋅,xn​)存在对所有自变量的偏导数,则称向量(fx1​​(P0​),fx2​​(P0​),⋅⋅⋅,fxn​​(P0​))为函数f(P)在点P0​的梯度,记作∇f(P0​)=gradf(P0​)=(fx1​​(P0​),fx2​​(P0​),⋅⋅⋅,fxn​​(P0​)).定义2.4[2] f(P)是定义在D⊂Rn上的多元函数,且在点P0​(x1​,x2​,⋅⋅⋅,xn​)具有二阶连续偏导数,记Hf​(P0​)=⎝⎜⎜⎜⎛​fx1​x1​​(P0​)fx2​x1​​(P0​)⋅⋅⋅fxn​x1​​(P0​)​fx1​x2​​(P0​)fx2​x2​​(P0​)⋅⋅⋅fxn​x2​​(P0​)​⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅​fx1​xn​​(P0​)fx2​xn​​(P0​)⋅⋅⋅fxn​xn​​(P0​)​​⎠⎟⎟⎟⎞​它称为f(P)在P0​的黑赛矩阵.引理2.1[1](泰勒定理)若函数f在[a,b]上存在直至n阶的连续导函数,在(a,b)上存在(n1)阶导函数,则对任意给定得x,x0​∈[a,b],至少存在一点ξ∈(a,b),使得f(x)=f(x0​)f′(x0​)(x−x0​)2!f′′(x0​)​(x−x0​)2⋅⋅⋅n!f(n)(x0​)​(x−x0​)n(n1)!f(n1)(ξ)​(x−x0​)n1.3已有结果定理3.1[1] f为I上的凸函数的充要条件是:对于I上的任意三点x1​
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