更新时间:2023-08-17 11:28
严格凸函数(strictly convex function)是一个定义在某个向量空间的凸子集C上的一类实值函数。若对于凸子集C中任意两个向量p,q, 满足f((p+q)/2)<(f(p)+f(q))/2, 则称f(x)是定义在凸子集C中的严格凸函数。
严格凸函数是定义在某个向量空间的凸子集C(区间)上的实值函数 (x) ,而且对于凸子集C中任意两个向量p,q, 满足
则称 是定义在凸子集C中的严格凸函数。容易证明,其定义等价于若 满足
对任意两个向量p,q成立。特别地,若这里凸集C即某个区间 I ,那么就是:设 为定义在区间 I 上的函数,若对 I 上的任意两点 和 ,有
成立,则称 是定义在区间I 中的严格凸函数。
在上面的定义中,若将小于号改变小于等于,则上面的函数称之为凸函数。
为 I上的凸函数的充要条件是:对于I的任意三点 ,总有
证明:
必要性:
设 ,则有 ,由凸性的定义代入,从而有
整理后即可得到。
充分性:
在I上任取两点 ,在 上任取一点 ,由必要性的推导逆过程,可证得
故为I上的凸函数。 证毕。
为 I上的函数,下列条件等价:
1) 为 I上的凸函数的。
2) 为I上的增函数。
3) 对I上的任意两点 ,有
对于实数集上的凸函数,如果其二阶导数在区间上非负,就称为凸函数。如果其二阶导数在区间上恒大于0,就称为严格凸函数。
1)一元可微函数在某个区间上是严格凸的,当且仅当它的导数在该区间上严格单调增。
2)一元连续可微函数在区间上是严格凸的,当且仅当函数位于所有它的切线的上方:对于区间内的所有x和y,都有 。特别地,如果 ,那么c是 的最小值。
3)一元二阶可微的函数在区间上是严格凸的,当且仅当它的二阶导数是正的;这可以用来判断某个函数是不是严格凸函数,但反过来不成立。更一般地,多元二次可微的连续函数在凸集上是严格凸的,当且仅当它的黑塞矩阵在凸集的内部是严格正定的。
4)严格凸函数的任何极小值也是最小值。严格凸函数最多有一个最小值。
5)对于严格凸函数 ,水平子集 和 是严格凸集。
6)延森不等式对严格凸函数 f 都成立。
7)如果 和 是严格凸函数,那么 和 也是严格凸函数。
8) 如果 和 是严格凸函数,且 递增,那么 是严格凸函数。
9) 凸性在仿射映射下不变:也就是说,如果 是凸函数,那么 也是凸函数。
等等性质。
某些教材的凸函数定义与此定义相反,即凸函数与凹函数相反。如北京大学版本和中山大学的数学教材。