凸凹函式定義以及判斷

2021-10-02 17:51:29 字數 1221 閱讀 7583

凹凸函式在同濟大學高等數學中的定義符合人們的思維定式。在國際上的定義恰好與同濟大學高等數學中的定義相反。

1、同濟大學高等數學定義:

2、國際上的定義:

國際上的定義剛好與國內的凹凸函式的定義相反。二階導數大於0,則為凸函式,有極小值;二階導數小於0,則為凹函式,有極大值(後面涉及到的凹凸函式,均為國際上的定義);

3、e^x的二階導數大於0,為凸函式;logx的二階導數小於0,為凹函式;一元函式可以很容易的判斷凹凸性,二元函式如何判斷凹凸性?用到了海塞矩陣,根據海塞矩陣的正定性,判斷凹凸性。

①海塞矩陣

②正定矩陣

判斷海塞矩陣是否為正定矩陣;若所有特徵值均不小於零,則稱為半正定。 若所有特徵值均大於零,則稱為正定。特徵值怎麼求?|λe-a|=0,可以求出特徵值。若主對角線上的元素都為0,則主對角線上的值為特徵值。deta=|a|=對角線元素積。

③凹凸性判斷(正定矩陣為凸函式):

例題1:f(x,y)=x^2+5y^2-6x+10y+6

所有的特徵值均大於0,海塞矩陣為正定矩陣,函式為凸函式。

例題2:f(x,y)=10(y^2+4x)^2+(1-4y)^2

經過行列式變化(行列式性質:把一行(列)的倍數加到另一行(列),行列式不變),把主對角線上的元素變為0,第乙個特徵值為320,第二個特徵值先不計算。可以計算|a|=320*第二個特徵值=對角相乘再相減,利用這個連等式,若該函式為凸函式,則第二個特徵值也必須大於0,那麼|a|>0;320*(120y^2+160x*32)-160*160y^2=2560(5y^2-20x+4)>0是f(x,y)為凸函式的條件。駐點:dz/dx=0,dz/dy=0,即x=1/64,y=1/4;而x和y的值滿足5y^2-20x+4>0,所以滿足凸函式性質,有唯一極小值。

例題3:f(x,y)=x^2/y

根據特徵值,乙個為2/y,乙個為0,那麼y的正負決定函式的凹凸性,若y>0,函式為凸函式。

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