अवतल फलन

गणित में, अवतल फलन उत्तल फलन का योगात्मक व्युत्क्रम होता है। अवतल फलन को पर्यायवाची रूप से नीचे की ओर अवतल, नीचे की ओर अवतल, ऊपर की ओर उत्तल, उत्तल टोपी या ऊपरी उत्तल भी कहा जाता है।

परिभाषा

एक वास्तविक-मूल्यवान फ़ंक्शन (गणित) $f$ एक अंतराल पर (गणित) (या, अधिक सामान्यतः, वेक्टर अंतरिक्ष में एक उत्तल सेट) को अवतल कहा जाता है यदि, किसी के लिए $x$ और $y$ अंतराल में और किसी के लिए $\alpha \in [0,1]$,

$f((1-\alpha )x+\alpha y)\geq (1-\alpha )f(x)+\alpha f(y)$

किसी फ़ंक्शन को सख्ती से अवतल कहा जाता है यदि

$f((1-\alpha )x+\alpha y)>(1-\alpha )f(x)+\alpha f(y)\,$

किसी के लिए $\alpha \in (0,1)$ और $x\neq y$.

एक समारोह के लिए $f:\mathbb {R} \to \mathbb {R}$, यह दूसरी परिभाषा केवल यह बताती है कि प्रत्येक के लिए $z$ सख्ती से बीच में $x$ और $y$, बिंदु $(z,f(z))$ के ग्राफ पर $f$ बिंदुओं को मिलाने वाली सीधी रेखा के ऊपर है $(x,f(x))$ और $(y,f(y))$.

File:ConcaveDef.pngएक समारोह $f$ यदि फ़ंक्शन का ऊपरी समोच्च सेट होता है तो क्वासिकोनवेक्स फ़ंक्शन होता है $S(a)=\{x:f(x)\geq a\}$ उत्तल समुच्चय हैं।

गुण

एकल चर के कार्य

1. एक भिन्न कार्य f एक अंतराल (गणित) पर (सख्ती से) अवतल है यदि और केवल यदि इसका व्युत्पन्न कार्य है f ′ उस अंतराल पर (सख्ती से) नीरस रूप से घट रहा है, यानी, एक अवतल फ़ंक्शन में गैर-बढ़ती (घटती) ढलान होती है।
2. बिंदु (ज्यामिति) जहां अवतलता बदलती है (अवतल और उत्तल फलन के बीच) विभक्ति बिंदु हैं।
3. अगर f तो, दो बार-विभेदनीय फ़ंक्शन है f अवतल है यदि और केवल यदि f ′′ गैर-सकारात्मक है (या, अनौपचारिक रूप से, यदि त्वरण गैर-सकारात्मक है)। यदि इसका दूसरा अवकलज ऋणात्मक संख्या है तो यह पूर्णतः अवतल है, लेकिन इसका विपरीत सत्य नहीं है, जैसा कि दिखाया गया है f(x) = −x⁴.
4. अगर f अवतल और अवकलनीय है, तो यह इसके प्रथम-क्रम टेलर सन्निकटन द्वारा ऊपर से घिरा हुआ है:
   $$f(y)\leq f(x)+f'(x)[y-x]$$
5. एक अंतराल पर एक लेब्सेग मापने योग्य फ़ंक्शन C अवतल है यदि और केवल यदि यह मध्यबिंदु अवतल है, अर्थात किसी के लिए x और y में C
   $$f\left({\frac {x+y}{2}}\right)\geq {\frac {f(x)+f(y)}{2}}$$
6. यदि कोई फ़ंक्शन f अवतल है, और f(0) ≥ 0, तब f उपादेयता चालू है $[0,\infty )$. सबूत:
   • तब से f अवतल है और 1 ≥ t ≥ 0, देना y = 0 अपने पास
     $$f(tx)=f(tx+(1-t)\cdot 0)\geq tf(x)+(1-t)f(0)\geq tf(x).$$
   • के लिए $a,b\in [0,\infty )$: