请问怎么证明开区间上的凸函数连续?

如题所述

凸函数的性质之一为:定义在某个开区间C内的凸函数f在C内连续,且在除可数个点之外的所有点可微。如果C是闭区间,那么f有可能在C的端点不连续。

固定t和u,令s趋近于t,右边是一个有界常数,可得左边为f(x)在t这一点的左导数,

由于t的任意性可得,f(x)的左导数存在,这说明f(x)是左连续的。

由前面的不等式还可以证明(1-λ)(f(t)-f(s))≤λ(f(u)-f(t))

推出(f(t)-f(s))/(t-s)≤(f(u)-f(t))/(u-t)。

固定s和u,令t趋近于s,右边是一个有界常数,可得左边为f(x)在s这一点的右导数,

由于s的任意性可得,f(x)的右导数存在,这说明f(x)是右连续的。

综上可得凸函数f(x)在开区间内是连续的。

凸函数初等运算

1、如果f和g是凸函数,那么m(x)=max{f(x),g(x)}和h(x)=f(x)+g(x)也是凸函数。

2、如果f和g是凸函数,且g递增,那么h(x)=f(g(x))是凸函数。

3、凸性在仿射映射下不变:也就是说,如果f(x)是凸函数,那么g(y)=f(Ay+b)也是凸函数。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2020-11-22

凸函数的性质之一为: 定义在某个开区间C内的凸函数f在C内连续,且在除可数个点之外的所有点可微。如果C是闭区间,那么f有可能在C的端点不连续。

固定t和u,令s趋近于t,右边是一个有界常数,可得左边为f(x)在t这一点的左导数,

由于t的任意性可得,f(x)的左导数存在,这说明f(x)是左连续的。

由前面的不等式还可以证明(1-λ)(f(t)-f(s))≤λ(f(u)-f(t))

推出(f(t)-f(s))/(t-s)≤(f(u)-f(t))/(u-t)。

固定s和u,令t趋近于s,右边是一个有界常数,可得左边为f(x)在s这一点的右导数,

由于s的任意性可得,f(x)的右导数存在,这说明f(x)是右连续的。

综上可得凸函数f(x)在开区间内是连续的。

扩展资料:

一元可微函数在某个区间上是凸的,当且仅当它的导数在该区间上单调不减。

一元连续可微函数在区间上是凸的,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f(y) > f(x) + f '(x) (y − x)。特别地,如果f '(c) = 0,那么c是f(x)的最小值。

一元二阶可微的函数在区间上是凸的,当且仅当它的二阶导数是非负的;这可以用来判断某个函数是不是凸函数。如果它的二阶导数是正数,那么函数就是严格凸的,但反过来不成立。例如,f(x) = x4的二阶导数是f "(x) = 12 x2,当x = 0时为零,但x4是严格凸的。

参考资料来源:百度百科-凸函数

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第2个回答  2019-12-21
我设f(x)是定义在(a,b)上的凸函数,其中-∞<a<b<+∞。则对任意a<x<b,a<y<b和0≤λ≤1有不等式:
f((1-λ)x+λy)≤(1-λ)f(x)+λf(y)。
上面是凸函数的性质,
我们任意选取满足a<s<t<u<b的s、t和u,
(这里隐含一点f(s),f(t),f(u)都是有界的,反之易证其不是凸函数,矛盾)
我们令t=λu+(1-λ)s,
可得λ=(t-s)/(u-s),显然(t-s)/(u-s)是大于零小于一的。
我们应用凸函数的不等式性质得f(t)=f((1-λ)s+λu)≤(1-λ)f(s)+λf(u)=f(s)+λ(f(u)-f(s)),
推出f(t)-f(s)≦λ(f(u)-f(s)),即(f(t)-f(s))/(t-s)≤(f(u)-f(s))/(u-s)。
固定t和u,令s趋近于t,右边是一个有界常数,可得左边为f(x)在t这一点的左导数,
由于t的任意性可得,f(x)的左导数存在,这说明f(x)是左连续的。

由前面的不等式还可以证明(1-λ)(f(t)-f(s))≤λ(f(u)-f(t))
推出(f(t)-f(s))/(t-s)≤(f(u)-f(t))/(u-t)。
固定s和u,令t趋近于s,右边是一个有界常数,可得左边为f(x)在s这一点的右导数,
由于s的任意性可得,f(x)的右导数存在,这说明f(x)是右连续的。

综上可得凸函数f(x)在开区间内是连续的。

楼上说的利用Lipschitz条件,本质上还是要证明凸函数单边方向导数存在,不过那个方法考虑了多维的情形,对与一维的情况,用我给的方法就可以了。
第3个回答  2019-12-20
内闭连续...凸函数在所定义的区间内是内闭连续的,因为凸函数在定义域的内部单侧可导,所以单侧连续,从而连续。不连续的点出现在端点上,只要端点处的函数值大于其单侧的极限值,都能保持凸性。本回答被网友采纳
第4个回答  2019-12-20
请问怎么证明开区间上的函数连续性?
你好,想要证明开区间上的凸函数连续,你可以把这个题目上传拍照到。作业帮app软件里面在里面有详细的解答过程。
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