基本介紹
- 中文名:回收錐
- 外文名:recession cone
- 所屬學科:數學
- 所屬領域:凸分析
- 相關概念:回收空間、巴拿赫空間、閉凸集等
基本介紹,回收錐定理,回收錐其他性質,
基本介紹
給定非空凸集C,我們說向量d是C的一個回收方向(direction ofrecession),如果對所有的和都成立。因此,d是C的一個回收方向,如果我們從C中任意的x點出發,沿著d的方向走到無窮,而永遠都不穿過C的相對邊界跑到C之外的點上去。
所有回收方向的集合是一個包含原點的錐體(core),我們稱它為C的回收錐(recession cone),並記作(參見圖1)。於是,如果對所有的和成立。閉凸集的一條重要性質就是為檢驗是否成立,只需要驗證對單一的成立就可以了。這就是下述命題的(b)部分。
圖1 凸集C的回收錐的圖示。回收方向d滿足對所有和成立。
回收錐定理
命題1(回收錐定理(Recession Cone Theorem))令C為非空閉凸集。
(a) 回收錐是閉的和凸的。
(b) 向量d屬於若且唯若存在向量使得對所有成立。
證明:(a) 如果屬於而是正的標量使成立,我們有對任意的和
其中最後的包含關係成立是因為C是凸的,而根據的定義和屬於C。於是這表明是凸的。
令d屬於的閉包,並令為收斂到d的點列。對於任意的和,我們有對所有k成立,並且因為C是閉的,。於是,從而是閉的。
(b) 如果,根據的定義,每個向量都具有所要求的性質。反之,令d使得存在向量滿足對所有成立。不失一般性,假定d≠0。任取和,我們要證明。事實上,只要證明,即假定,因為通過用代替d可以把的一般情形可以歸結為的情況。
根據我們對x和d的選取,令
可知對所有k成立,如果對某個k成立,那么就屬於C,而我們的證明完成。因此假設對所有k成立,並且定義
使得是以為球心以為半徑的球面與從出發通過的射線的交點(參見圖2中的構造方法),現在我們來論證,,並且對於充分大的k,,於是利用C的閉性,可導出。
的確,據的定義,我們有
因為是無界點列,
圖2 命題1(b)的證明中用到的構造。
於是結合前面的關係,我們有對所有滿足的k,在連線的線段上,向量處在和之間,因此由C的凸性,我們有對所有充分大的k成立。因為和C是閉的,可知。
上述命題中集合C為閉的假設是實質性的。如果沒有這個假設,(a)部分不成立的一個例子是,考慮集合
它的回收錐等於C,而它是非閉的。該例子中(b)部分也不成立,因為對於方向d=(1,0),我們有對所有和除之外的所有成立。
回收錐其他性質
下述命題給出回收錐的一些其他性質。
(回收錐的性質)令C為非空閉凸集。
(a) 包含一個非零的方向若且唯若C是無界的。
(b)。