„Konvex és konkáv függvény” változatai közötti eltérés
[ellenőrzött változat] | [ellenőrzött változat] |
Forrás hiányzik |
aNincs szerkesztési összefoglaló |
||
1. sor: | 1. sor: | ||
{{nincs forrás}} |
{{nincs forrás}} |
||
A [[matematika|matematikában]], közelebbről a [[matematikai analízis]]ben egy [[intervallum]]on értelmezett, [[valós számok|valós]] értékű [[függvény (matematika)|függvényt]] '''konvex'''nek nevezünk, ha a görbéje feletti végtelen síktartomány [[konvex halmaz]], azaz ha egy tetszőleges szakasz két végpontja benne van a síktartományban, akkor a szakasz összes pontja is. |
A [[matematika|matematikában]], közelebbről a [[matematikai analízis]]ben egy [[intervallum]]on értelmezett, [[valós számok|valós]] értékű [[függvény (matematika)|függvényt]] '''konvex'''nek nevezünk, ha a görbéje feletti végtelen síktartomány [[konvex halmaz]], azaz ha egy tetszőleges szakasz két végpontja benne van a síktartományban, akkor a szakasz összes pontja is. Egy másik szemléletes megfogalmazás, hogy akkor konvex egy függvény, ha érintője mindenütt a függvénygörbe alatt halad. |
||
Az '''R'''<sup>n</sup> egy [[konvex halmaz|konvex részhalmazán]] értelmezett, [[valós számok|valós]] értékű függvény esetén is szokás konvexitásról beszélni, ennek formális megfogalmazása lentebb található. Lényegében itt is arról van szó, hogy a függvény grafikonja fölötti térrész ('''R'''<sup>2</sup> <math>\rightarrow</math> '''R''' esetben) konvex. |
Az '''R'''<sup>n</sup> egy [[konvex halmaz|konvex részhalmazán]] értelmezett, [[valós számok|valós]] értékű függvény esetén is szokás konvexitásról beszélni, ennek formális megfogalmazása lentebb található. Lényegében itt is arról van szó, hogy a függvény grafikonja fölötti térrész ('''R'''<sup>2</sup> <math>\rightarrow</math> '''R''' esetben) konvex. |
||
20. sor: | 20. sor: | ||
== Konvexitás és differenciálhatóság == |
== Konvexitás és differenciálhatóság == |
||
Ha az ''f'': <math>I</math> <math>\rightarrow</math> '''R''' intervallumon értelmezett, valós függvény [[differenciálhatóság|differenciálható]], akkor ennek konvex tulajdonsága még a következőképpen is megfogalmazható: ''minden'' <math>I</math>-beli <math>x</math>, <math>u</math> számpár esetén |
Ha az ''f'': <math>I</math> <math>\rightarrow</math> '''R''' intervallumon értelmezett, valós függvény [[differenciálhatóság|differenciálható]], akkor ennek konvex tulajdonsága még a következőképpen is megfogalmazható: ''minden'' <math>I</math>-beli <math>x</math>, <math>u</math> számpár esetén |
||
:<math>f(x)\geq f(u)+f'(u)(x-u)</math> |
:<math>f(x)\geq f(u)+f'(u)(x-u)</math> |
||
illetve konkáv, ha ''minden'' <math>I</math>-beli <math>x</math>, <math>u</math> számpár esetén: |
illetve konkáv, ha ''minden'' <math>I</math>-beli <math>x</math>, <math>u</math> számpár esetén: |
||
32. sor: | 32. sor: | ||
:''f'' konkáv <math>\Leftrightarrow </math> <math>\mbox{ }_{f''\leq 0}</math> |
:''f'' konkáv <math>\Leftrightarrow </math> <math>\mbox{ }_{f''\leq 0}</math> |
||
[[Fájl:Konkáv.jpg|thumb|left|A függvény '''konkáv''' a [0;1,9] intervallumban]] |
[[Fájl:Konkáv.jpg|thumb|left|A függvény '''konkáv''' a [0;1,9] intervallumban]] |
||
[[Fájl:Konvex.jpg|thumb|rigt|A függvény '''konvex''' a [-1,9;0] intervallumban]] |
[[Fájl:Konvex.jpg|thumb|rigt|A függvény '''konvex''' a [-1,9;0] intervallumban]] |
A lap 2014. július 12., 20:26-kori változata
Ez a szócikk nem tünteti fel a független forrásokat, amelyeket felhasználtak a készítése során. Emiatt nem tudjuk közvetlenül ellenőrizni, hogy a szócikkben szereplő állítások helytállóak-e. Segíts megbízható forrásokat találni az állításokhoz! Lásd még: A Wikipédia nem az első közlés helye. |
A matematikában, közelebbről a matematikai analízisben egy intervallumon értelmezett, valós értékű függvényt konvexnek nevezünk, ha a görbéje feletti végtelen síktartomány konvex halmaz, azaz ha egy tetszőleges szakasz két végpontja benne van a síktartományban, akkor a szakasz összes pontja is. Egy másik szemléletes megfogalmazás, hogy akkor konvex egy függvény, ha érintője mindenütt a függvénygörbe alatt halad.
Az Rn egy konvex részhalmazán értelmezett, valós értékű függvény esetén is szokás konvexitásról beszélni, ennek formális megfogalmazása lentebb található. Lényegében itt is arról van szó, hogy a függvény grafikonja fölötti térrész (R2 R esetben) konvex.
Hasonlóan, egy intervallumon értelmezett, valós értékű függvény konkáv, ha a görbéje feletti végtelen síktartomány konkáv. Ekvivalensen, akkor konkáv egy függvény, ha érintője mindenütt a függvénygörbe fölött halad. A konkáv tulajdonság is kiterjeszthető az Rn egy konvex részén értelmezett függvényekre. Lényegében itt is arról van szó, hogy a függvény grafikonja fölötti térrész (R2 R esetben) konkáv.
Köznapi nyelven a konvex-konkáv fogalmat így írják le: a konvexben nem lehet elbújni, a konkávban lehet.
Általános definíció
Az f: R intervallumon értelmezett valós változójú függvény konvex, ha a függvénygörbe két pontját összekötő húr a függvénygörbe fölött halad, azaz tetszőleges a < b pontra az -ből és t ∈ [0,1]-re:
f konkáv, ha a függvénygörbe két pontját összekötő húr a függvénygörbe alatt halad, azaz ha tetszőleges a < b pontra az -ből és t ∈ [0,1]-re:
Szigorúan konvexnek illetve szigorúan konkávnak nevezzük f-et, ha a fenti formulában csak akkor teljesülhet egyenlőség, ha t= 0 vagy 1.
A többváltozós esetben a fenti formulák változatlanul fennmaradnak, csak a és b az értelmezési tartományba eső tetszőleges szakasz két végpontja.
Konvexitás és differenciálhatóság
Ha az f: R intervallumon értelmezett, valós függvény differenciálható, akkor ennek konvex tulajdonsága még a következőképpen is megfogalmazható: minden -beli , számpár esetén
illetve konkáv, ha minden -beli , számpár esetén:
Azaz az érintő egyenes (mely differenciálható függvények esetében értelmezhető csak) konvex esetben mindig a függvénygörbe alatt, konkáv esetben felett halad. Ekkor rendre a függvény és első Taylor-polinomja közötti f – T1,uf ≧ 0 illetve f – T1,uf ≦ 0 egyenlőtlenségről beszélünk (tetszőleges u ∈ pontnál).
Amennyiben a függvény kétszer differenciálható, akkor fenáll a következő
Tétel – A konvexitás (konkavitás) jellemzése – Az f: R intervallumon értelmezett kétszer differenciálható függvény pontosan akkor konvex (konkáv), ha a második deriváltja mindenhol nemnegatív (nempozitív).
- f konvex
- f konkáv
Tulajdonságok
- Konvex függvények lineáris kombinációja újra konvex lesz, ha nincs benne negatív együttható. Konkáv függvények csupa nem negatív együtthatós lineáris kombinációja újra konkáv.
- Ha egy függvénysorozat véges kivétellel csupa konvex, vagy konkáv függvényt tartalmaz, akkor a sorozat határértéke is ilyen lesz.
- Konvex függvények felső burkolója konvex, konkáv függvények alsó burkolója konkáv.
- Teljesül a Jensen-egyenlőtlenség: ha f konvex, és a λi együtthatók egyike sem negatív, akkor
Ha f konkáv, akkor az egyenlőtlenség fordított irányú.
- Nyílt intervallumon konvex, vagy konkáv függvény folytonos azon az intervallumon. Megfordítva, ha egy nyílt intervallumon folytonos függvényre teljesül a Jensen-egyenlőtlenség, akkor a függvény az egyenlőtlenség irányától függően konvex, vagy konkáv.
- Nyílt intervallumon konvex, vagy konkáv függvény majdnem mindenütt differenciálható.
- Mindezek a tulajdonságok több dimenziós esetben is teljesülnek, ha nyílt intervallum helyett mindig tartományt, azaz összefüggő nyílt halmazt tekintünk.
- Végtelen dimenzióban nem lesz az összes konvex és konkáv függvény folytonos, mivel vannak lineáris operátorok, amik nem folytonosak. Ilyen például a differenciáloperátor.