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次导数

(2018-10-19 18:30:43) 百科
次导数

次导数

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:IR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ab是单侧极限,
,它们一定存在,且满足ab。所有次导数的集合[a,b]称为函式fx0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:IRx0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。
  • 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:UR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。
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