Опуклі множини

Опуклі множини У курсі «Математичне програмування» та в деяких економічних дослідження використовуються поняття опуклої лінійної комбінації векторів та опуклої множини.

Спочатку ознайомимось з поняттям опуклої лінійної комбінації векторів.

2 точок А1 та А2.

Вектори.

колінеарні і однаково напрямлені, тому вони пропорційні. Отже, існує таке t, що:

Звідси одержимо:

Якщо позначити 1 — t = t1, t = t2, то остання рівність прийме вигляд.

(1).

(2).

2 називають комбінацією (1) цих векторів при умові (2).

Рівняння (1) з умовою (2) можна зрозуміти як векторне рівняння відрізка А1А2.

називають комбінацію.

(3).

при умовах.

(4).

має.

.

тому вона опукла.

Означення. Опуклою множиною називається множина, дві довільні точки якої визначають відрізок, що належить цій множині.

Відрізок, півпряма, пряма, кут менший 1800, коло, півплощина, куб, тетраедр, куля — опуклі множини.

На малюнку 2 зображені різні множини. У випадках а) — с) ці множини опуклі, у випадках d) — е) вони неопуклі.

Означення. Граничною точкою множини називають таку точку, в околі якої, як завгодно малого радіуса з центром в цій точці, є точки, що належать множині, і є точки, що не належать множині.

Границею множини називається сукупність всіх її граничних точок.

Множина, якій належить її границя, називається замкненою.

Опуклі замкнені множини бувають обмеженими і не обмеженими. Множина називається обмеженою, якщо існує таке число с > 0, що відстань довільної точки М множини від початку координат обмежена, тобто |ОМ| < 0.

Означення. Опукла замкнена множина в n вимірному просторі, що має скінченне число кутових точок, називається опуклим n вимірною многогранною множиною, якщо вона не обмежена.

Кутові точки називають вершинами, відрізки, що сполучають дві сусідні вершини, називають ребрами.

Означення. Опорною прямою многокутника в двовимірному просторі називається пряма, яка має з многокутником, розташованим по одну сторону від неї, принаймні одну спільну точку.

Опорна пряма з многокутником може мати спільну вершину або ребро.

Останні поняття узагальнюються на випадок n вимірного простору.

Означення. Опорною гіперплощиною опуклої замкненої множини n вимірного простору називається гіперплощина, що має з цією множиною, розташованою по одну сторону від неї, хоч би одну спільну точку.

Опорна гіперплощина з множиною може мати спільну вершину, ребро або грань.