次导数、次切线和次微分的概念出现在凸分析,也就是凸函式的研究中。
设f:I→R是一个实变数凸函式,定义在实数轴上的开区间内。这种函式不一定是处处可导的,例如绝对值函式f(x)=|x|。但是,从右面的图中可以看出(也可以严格地证明),对于定义域中的任何x0,我们总可以作出一条直线,它通过点(x0, f(x0)),并且要幺接触f的图像,要幺在它的下方。这条直线的斜率称为函式的次导数。
基本介绍
- 中文名:次导数
- 外文名:subderivative
- 适用範围:数理科学
定义
凸函式f:I→R在点x0的次导数,是实数c使得:
,对于所有I内的x。我们可以证明,在点x0的次导数的集合是一个非空闭区间[a,b],其中a和b是单侧极限,
,它们一定存在,且满足a≤b。所有次导数的集合[a,b]称为函式f在x0的次微分。


例子
考虑凸函式f(x)=|x|。在原点的次导数是区间[−1, 1]。x0<0时,次导数是单元素集合{-1},而x0>0,则是单元素集合{1}。
性质
- 凸函式f:I→R在x0可导,若且唯若次微分只由一个点组成,这个点就是函式在x0的导数。
- 点x0是凸函式f的最小值,若且唯若次微分中包含零,也就是说,在上面的图中,我们可以作一条水平的“次切线”。这个性质是“可导函式在极小值的导数是零”的事实的推广。
几何意义
导数的几何意义是函式图像上对应点的切线的斜率;而次导数的几何意义是函式上图在对应点的支撑直线(一维支撑超平面)的斜率。
次梯度
次导数和次微分的概念可以推广到多元函式。如果f:U→R是一个实变数凸函式,定义在欧几里得空间R内的凸集,则该空间内的向量v称为函式在点x0的次梯度,如果对于所有U内的x,都有:
,所有次梯度的集合称为次微分,记为∂f(x0)。次微分总是非空的凸紧集。
