设函数在上连续,如果有:(1),那么称在上是 凹函数 的,或简称 凹的 ;
(2),那么称在上是 凸函数 的,或简称 凸的 。
这里举例说明下上述定义,比如下图中的左、右两侧的函数就分别是凹的和凸的。
下面来具体解释一下,以上图中左侧的凹函数为例。假设该函数为,任取,此两点对应的函数值分别为。那么:
-
就是的中点
-
是上述中点对应的函数值
-
是上述中点在
连线上的值(
连线所在的直线函数为:
代入中点,也就是令可得:
所以说是中点在连线上的值
)
所以意味着,中点对应的函数值在连线值的下方,如下图所示。
因为的任意性,所以实际上说的是,在上任取两点,两点之间的函数曲线一定在两点连线的下方,如下图所示。
凸函数的情况也是一样的,只是说明了函数曲线都在连线的上方,这里就不再赘述了。
设函数在上连续,在内具有一阶和二阶导数,那么:(1)若在内,那么在上是凹的;
(2)若在内,那么在上是凸的。
我们可通过如下的逻辑链条来理解上述定理:
对于上述逻辑链条这里举例说明下。对函数而言,如果其二阶导数满足,根据导数与函数的单调性,那么意味着是严格单调递增的,此时函数的微分的变化就会类似于下面的动图(微分的斜率就是导数):
-
为金黄色时导数小于 0
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为紫色时,也就是闪烁时导数等于 0
-
为红色时导数大于 0
当函数是凹的时,就可以要满足上述变化。
的情况也是一样的,这里就不再赘述了。