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函数的凸性

下一节:思考题

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函数的凸性课程教案、知识点、字幕

下面我们来看一下函数的最后一个简单性质

也就是关于函数的凸性问题

我们在考虑具体的凸性概念之前

我们先看一个图

假设这是一个函数的图像

我们假设这是另外一个函数的图像

这两个函数如果仅仅从单调性的角度来讲

它们应该都是单调递增函数

但是这两个函数我们知道

就是当然有本质的不一样的地方

这种不一样从几何上来看可以这样说

对于我们左边这个函数图像

我们在曲线上两点间随便连一条直线

这条直线应该总是在这个范围上

位于这条曲线上方

对于右边这条函数图像

如果我曲线上两点间连一条直线

那么在这个范围上

这条直线总是在曲线的下方

这实际上就是这两条曲线本质的不同

那我们怎么样能够把这个不同给它刻画清楚

实际上也就是说

在两点之间我们随便取一点

对左边这条函数图像来说

这条曲线与这条直线的交点的纵坐标总是

小于这两点连线上的点的纵坐标

而右边这个它们的大小关系正好是相反的

实际上所谓函数的凸性

也就是函数这种所谓

向上弯曲或者是向下弯曲的性质

现在我们只要想办法能够

把函数的这种性质刻画清楚就可以了

我们假设这个点对应的横坐标是x1

这个点对应的横坐标是x2

x1,x2之间的任意一点我用x来表示

实际上

我们通过简单的推导就知道

这个x可以就是说

能够找到一个α是大于0小于1的

使得我这个x可以写成是

αx1+(1-α)x2

大家可以在这里面用x1x2解x

就可以把α给反推出来

这是个一次方程

具体求解过程大家可以解一解

实际上α不是别的

α就等于(x2-x)/(x2-x1)

当然相应的1-α自然也就是这个东西

1-α就是(x-x1)/(x2-x1)

那回过头来

如果给了x1,x2这两点

我们这个x就可以用这么一个线性组合或者

说这么一个表达式来表示

所以我们来刻画这两点的纵坐标的大小的时候

使用它们对应的函数值来说的

我们写出这个图形的定义

也就是说我假设

这个函数f(x)在D上有定义

有定义

对任意的x1

比如说小于x2属于D

然后记任意的α属于0到1之间

若函数值也就是f在(αx1+(1-α)x2)这点的函数值总是

小于等于αf(x1)+(1-α)f(x2)

也就是这个不等式总是成立的

我们就称则称这个函数f(x)是

我们考虑的这个范围D上的下凸函数

或者说这个函数f(x)

在这个区间D上是下凸的

这是关于下凸的定义

类似的如果我们这个不等号总是反过来

这时候我们就说这个函数在这上面是上凸的

我想这是函数在一个区间上下凸和上凸的定义

在这个地方

我特别要给大家解释一下这个等号

一般的我们是说这个等号如果成立

主要指的是α=0

或者是α=1的情况,等于1的情况

那回到我们刚才讨论的这个图上

也就是说等号成立

只是说在端点的时候

这条曲线上点的纵坐标也就是这个函数值

与这条直线上点的纵坐标

也就是我们这个不等式的这端的这个表达式的值它是相等的

所以说从几何上反应的就是

这条曲线上点的纵坐标

总是位于这两点连线上点的纵坐标之下

纵坐标之下

这是关于这个函数凸性的定义

关于函数的凸性

我们在后面讨论了高阶导数之后

会有一般的讨论方法

而且在后面我们讨论高阶导数时

我们还知道函数如果再区间上是

一个下凸函数或者是一个上凸函数

这样的函数应该是具有很好的性质

比如说我们后面要讨论函数的连续性

那么一个区间上的下凸或者是上凸函数

它在这个区间上每一点都应该是具有连续性的

再比如说

我们在后面还会再讨论函数在一点它的可导性

我们有一个结论就是

在一个区间上的下凸或者是上凸函数

在区间上任何一点处

它的左导数和右导数总是存在的

这些结论在后面我们介绍了导数之后

我们都会介绍到

在这我们用定义来讨论两个例题

比如说

我们利用函数下凸或者是上凸的定义

来证明f(x)=x平方

这个函数在它的定义域

微积分——极限理论与一元函数课程列表:

序言

-序言

--序言

第一章 实数与函数

-第一节 实数集的界与确界

--实数集的界

--实数集的确界

-第一节思考与练习

--思考题

--练习题

-第二节 函数的概念

--函数定义与函数图形

--分段函数与隐函数

-第二节思考与练习

--思考题

--练习题

-第三节 函数的运算

--函数的四则运算与复合运算

--函数的反函数

-第三节思考与练习

--思考题

--练习题

-第四节 函数的初等性质

--函数的有界性,奇偶性

--函数的周期性,单调性

--函数的凸性

-第四节思考与练习

--思考题

--练习题

-第五节 初等函数

--初等函数

-第五节思考与练习

--思考题

--练习题

-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线

--极坐标系与点的极坐标,极坐标方程表示的几种曲线

--参数方程表示的几种曲线

第二章 极限论

-第一节 数列极限的概念与性质

--数列的概念,数列极限的概念(1)

--数列极限的概念(2)

--数列极限的性质及四则运算法则

--无穷大量

-第一节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第一节思考与练习

-第二节 数列极限存在的充分条件

--数列极限存在的充分条件

--单调有界收敛定理

-第二节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第二节思考与练习

-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--区间套定理与Bolzano定理

--Cauchy收敛准则

-第三节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第三节思考与练习

-第四节 函数极限的概念与性质

--函数极限的概念

--函数极限的性质

-第四节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第四节思考与练习

-第五节 函数极限的运算

--函数极限的四则运算与复合函数的极限

--夹逼定理与重要极限

-第五节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第五节思考与练习

-第六节 无穷小量及其(阶的)比较

--无穷小量与无穷大量的概念与性质

--无穷小量的比较

-第六节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第六节思考与练习

第三章 连续函数

-第一节 连续函数的概念与性质

--函数在一点连续的概念

--间断点的分类

--连续函数的性质

--连续函数的运算与初等函数的连续性

-第一节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第一节 思考与练习

-第二节 闭区间上连续函数的性质

--闭区间上连续函数的性质

-第二节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第二节 思考与练习

-第三节 函数的一致连续性

--一致连续的概念

--一致连续的必要条件

--闭区间上连续与一致连续的等价性

-第三节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第三节 思考与练习

第四章 导数与微分

-第一节 导数与微分的概念

--导数的概念

--单侧导数、可导与连续的关系

--导数的几何意义

--微分概念

-第一节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习

-第二节 导数与微分的运算

--导数的四则运算

--复合函数的求导法(链导法则)

--反函数求导法

-第二节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习

-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数

--几种特殊函数的求导法

--参数方程求导法与对数求导法

--高阶导数

-第三节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习

第五章 导数应用

-第一节 微分中值定理

--Fermat定理

--Rolle定理

--Lagrange中值定理

--Cauchy中值定理

-第一节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第一节 思考与练习

-第二节 L'Hospital 法则

--0/0型不定式

--∞/∞型不定式

--其他形式的不定式

-第二节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第二节 思考与练习

-第三节 函数的单调性与极值

--函数的单调性

--函数的极值

--函数最值的求法

-第三节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第三节 思考与练习

-第四节 函数的凸性与拐点

--函数凸性的判别法

--拐点

--曲线的渐近性

-第四节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第四节 思考与练习

-第五节 Taylor 公式

--带有Peano型余项的Taylor 公式

--带有Lagrange型余项的Taylor公式

--Maclaurin公式

--Taylor公式的应用(一)

--Taylor公式的应用(二)

-第五节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第五节 思考与练习

第六章 原函数与不定积分

-第一节 概念与性质

--原函数的概念

--原函数存在的充分条件

--6-1视频纠正

--原函数存在的必要条件

--不同原函数之间的关系

--不定积分的概念与性质

--简单函数求不定积分

-第一节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习

-第二节 换元积分法

--第一换元法

--第二换元法

-第二节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习

-第三节 分部积分法

--分步积分法

-第四节 有理函数的积分

--四个特殊函数的不定积分

--有理分式函数的化简

--html

--有理分式函数的不定积分

--三角有理函数化成分式有理函数

--三角有理函数的不定积分

--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习

-第五节 简单无理式的积分

--无理函数的有理化

--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习

第七章 定积分

-第一节 积分概念与积分存在条件

--定积分的概念

-- 函数的可积性

--第七章 定积分--第一节思考与练习

-第二节 定积分的性质

--定积分的性质

--定积分性质的应用

-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式

--变上限积分

--复合变限积分

--变限积分所定义的函数

--Newton-Leibniz公式

--定积分的计算

--第七章 定积分--第三节思考与练习

-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法

--定积分的计算-换元法

--定积分的计算-分部积分法

--分段函数定积分的计算

--第七章 定积分--第四节思考与练习

-第五节 定积分的几何应用

--平面区域的面积

--曲线的弧长

--平面曲线的曲率

--旋转体体积与表面积

--第七章 定积分--第五节思考与练习

-第六节 定积分的物理应用

--物理应用简介

-第七节 反常积分

--反常积分

--非负函数无穷积分的收敛性

--一般函数无穷积分的收敛性

--其他无穷积分

--无界函数的反常积分---瑕积分

--无界函数、无界区间上的反常积分

--第七章 定积分--第七节思考与练习

第八章 级数

-第一节 数项级数的概念与性质

--8-1 数项级数的概念

--8-2 级数收敛的概念

--8-3 级数收敛的性质

--8-4 级数收敛的Cauchy准则

--8-5 正项级数的概念

--8-6 正项级数的比较判别法

--8-7 正项级数的比阶判别法

--8-8 正项级数的比值判别法

--第八章 级数--第一节 思考与练习

-第二节 正项级数的收敛判别法

--正项级数的根式判敛法

--正项级数的积分判别法

--第八章 级数--第二节 思考与练习

-第三节 任意项级数

--交错项级数

--交错项级数判敛举例

--绝对值判敛法

--绝对收敛与条件级数收敛的性质

--绝对收敛级数的交换律

--条件收敛级数的Riemann定理

--第八章 级数--第三节 思考与练习

-第四节 函数级数

--函数项级数的概念、逐点收敛性

--函数项级数的一致收敛性-概念

--函数项级数的一致收敛性-判断

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(1)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(2)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(3)

--第八章 级数--第四节 思考与练习

-第五节 幂级数

--Abel判别法

--收敛半径与收敛域

--幂级数的分析性质

--无穷可导函数的幂级数展开

--幂级数求和

--第八章 级数--第五节思考与练习

-第六节 傅里叶级数

--三角函数的正交性

--奇函数与偶函数的形式Fourier展开和周期开拓

--其他函数的周期函数的形式Fourier展开

--Fourier级数的收敛性

--第八章 级数--第六节思考与练习

函数的凸性笔记与讨论

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