正文 凸函數的幾個定義及關係(2 / 2)

fx1+x2+……+xkk≤fx1+fx2+……+fxkk

此式表示(13)對n=k成立。

1定義113定義112 顯然

定理212 若fx連續,則定義111、112、113等價

證明1(定義111定義112、113)在定義1中令λ=12,則由式(11)得

fx1+x22=f[λx1+(1-λ)x2]

≤λfx1+1-λfx2

=fx1+fx22x1,x2∈I

此式表明(12)式成立,所以定義111蘊涵定義112,而定義112、113等價,故定義111也蘊涵定義113

2(定義112、113定義111)設x1,x2∈I為任意兩點,為了證明式(11)對於任意實數λ∈0,1成立,我們先來證明:式(11)當λ為有理數時則λ=mn∈0,1,(m<;n為自然數)時成立,則:

fλx1+1-λx2=fmnx1+1-mnx2

=fmx1+n-mx2n

=fx1+x1+…+x1mn+x2+x2+…x2n-mn、

≤f(x1)+fx1+…fx1mn+fx2+fx2+…+fx2n-mn

=mfx1+n-mfx2n

=λfx1+1-λfx2

λ為有理數的情況獲證。

若λ∈0,1為無理數,則存在有理數λn∈0,1,n=1,2,…使得λn→λ(當n→∞時)

從而由fx的連續性

fλx1+1-λx2=flimn→∞λnx1+1-λnx2

=limn→∞fλnx1+1-λnfx2

對於有理數λn∈0,1,n=1,2,…,上麵已證明有

fλnx1+1-λnx2≤λnfx1+1-λnfx2

此式中令n→∞取極限,聯係上式,有

fλx1+1-λx2≤λfx1+1-λfx2

即式(11)對任意無理數也成立λ∈0,1也成立。

這就證明了定義112、113蘊涵定義111。

注 上述證明裏可以看到從定義111定義112、113無需連續性,定義112、113定義111才需要連續性,可見定義111強於定義112、113。

定理123 若fx處處可導,則定義111,定義112,定義113,定義114等價。(作者單位:西安汽車科技職業學院)

參考文獻:

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[4] 程士宏編.高等概率[M]北京:北京大學出版社.1996.