支撑函数

在数学领域内,\mathbb{R}^n的一个非空的闭凸子集A的支撑函数h_A,描述了从A的支撑超平面(supporting hyperplane)到原点的距离。h_A是\mathbb{R}^n上的一个凸函数。任意一个非空的闭凸子集都可以由它的支撑函数唯一确定。进一步地,h_A作为集合A上的函数,与这个集合上许多几何变换是相容的,比如伸缩变换、平移变换、旋转变换以及闵可夫斯基和。因为具有这些性质,支撑函数是凸分析或凸几何中最基础与重要的概念。

定义
\mathbb{R}^n的非空闭凸子集A的支撑函数是:

h_A:\mathbb{R}^n \rightarrow \mathbb{R}:x \mapsto\sup\{x \cdot a :a \in A\},其中x \in \mathbb{R}^n

下面的性质并不要求集合A是闭且凸的:在h_A(x)有界时,集合\{ u \in \mathbb{R}^n : u \cdot x \le h_A(x)\}表示最小的包含A的闭的半空间(half-space);进一步地,集合\mathcal{H}_x = \{u \in \mathbb{R}^n : u \cdot x = h_A(x) \}就是A的支撑超平面(supporting hyperplane)。

原点到A的支撑超平面的距离d_{\mathcal{H}_x}(0)满足这样的关系:d_{\mathcal{H}_x}(0) = \frac{h_A(x)}。取x 的模为1 就利用A的支撑函数描述了A的支撑超平面到原点的距离。

例子

  • 单点集的支撑函数:A = \{a\},h_A(x) = x \cdot a
  • 单位球的支撑函数:B_1 = \{ x \in \mathbb{R}^n : |x| \le 1\},h_{B_1}(x) = |x|
  • A为从a-a的线段,则有:h_A = |x \cdot a|

引用

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