
Прочее образование
Вопросик по математике - из области математического анализа. Сколько минимумов у такой функции?
Положим, есть функция многих переменных (x1, x2 ...xn). Размерность пространства переменных n - конечна, но вообще говоря не ограничена. Если требуется - интересуют отдельно значения от 3 до 7-8 и выше. Функция представляет собой отношение двух квадратичных форм - т.е. сумма произведений переменных степени не выше двух с различными коэффициентами... В данном случае даже не "не выше", а только степени двух.Короче - что-то вроде этого -
Вопрос такой - можно ли показать, что у такой функции есть не более одного минимума, или наоборот? З.Ы. Вообще функция задана как отношение интегралов (в конечных и различных пределах) от квадратов одной и той же линейной комбинации этих переменных).

1.
Так, как поставлена задача, т. е. в максимальной общности, можно утверждать только, что СТРОГИХ минимумов нет, а НЕСТРОГИХ либо нет, либо бесконечно много.
Это сразу следует из того, что функция
\Phi = \frac{\sum a_{ij} x_i x_j}{\sum d_{ij} x_i x_j }
однородная нулевой степени, т. е. она постоянна на каждой прямой, проходящей через начало координат. И, следовательно, если минимум достигается в некоторой точке, то он достигается на всей прямой проходящей через эту точку и начало координат (кроме точки \vec{0}).
Нестрогих минимумов может не быть только в том случае, если форма, стоящая в знаменателе обращается в 0 в точке, отличной от начала координат, т. е. не является строго знакоопределённой. Например: (x_1^2–x_2^2)/(x_1x_2).
Если же форма в знаменателе строго знакоопределённая, то функция \Phi непрерывна на компакте — единичной сфере \sum{x_i^2}=1. Следовательно, \Phi достигает в некоторой точке \vec{x} этой сферы наименьшего значения. Тогда, на всей прямой проходящей через эту точку и начало координат \Phi имеет (нестрогие) минимумы.
2.
Учитывая комментарий к ответу < Борисыч > , в знаменателе стоит строго знакоопределённая форма, равная
Либо
\sum_{i=0}^n{x_i^2}/4,
либо
{x_0^2}/2+\sum_{i=1}^n{x_i^2}/4.
(Точное значение легко выводится из того, что система функций {cos(k\pi\nu), где k=0,2,4,… или k=1,3,5,…} ортогональна в пространстве L^2(0;1/2).)
Таким образом, на всей области определения (т. е. на \mathbb{R}^n\setminus\vec{0}) \Phi всегда имеет бесконечное число точек НЕСТРОГОГО локального минимума. (В тех же точках достигается и глобальный минимум данной функции! )
3.
Задача станет более содержательной, если рассматривать \Phi не на всём n-мерном пространстве, а в {n–1}-мерном проективном подпространстве, т. е. на единичной сфере, факторизованной отношением эквивалентности \vec{x}=–\vec{x}.
В этом случае, как правило, будет только одна точка минимума. Бесконечно много точек минимума может быть только при исключительных значениях верхней границы интеграла в числителе. Например, если в числителе стоит интеграл от 0 до 1, то \Phi\equiv2.
---------------------
Если найду какие-либо ограничения на размерность пространства и верхнюю границу интеграла в числителе, при которых точка минимума в проективном подпространстве единственна, то допишу в комментарии.
Так, как поставлена задача, т. е. в максимальной общности, можно утверждать только, что СТРОГИХ минимумов нет, а НЕСТРОГИХ либо нет, либо бесконечно много.
Это сразу следует из того, что функция
\Phi = \frac{\sum a_{ij} x_i x_j}{\sum d_{ij} x_i x_j }
однородная нулевой степени, т. е. она постоянна на каждой прямой, проходящей через начало координат. И, следовательно, если минимум достигается в некоторой точке, то он достигается на всей прямой проходящей через эту точку и начало координат (кроме точки \vec{0}).
Нестрогих минимумов может не быть только в том случае, если форма, стоящая в знаменателе обращается в 0 в точке, отличной от начала координат, т. е. не является строго знакоопределённой. Например: (x_1^2–x_2^2)/(x_1x_2).
Если же форма в знаменателе строго знакоопределённая, то функция \Phi непрерывна на компакте — единичной сфере \sum{x_i^2}=1. Следовательно, \Phi достигает в некоторой точке \vec{x} этой сферы наименьшего значения. Тогда, на всей прямой проходящей через эту точку и начало координат \Phi имеет (нестрогие) минимумы.
2.
Учитывая комментарий к ответу < Борисыч > , в знаменателе стоит строго знакоопределённая форма, равная
Либо
\sum_{i=0}^n{x_i^2}/4,
либо
{x_0^2}/2+\sum_{i=1}^n{x_i^2}/4.
(Точное значение легко выводится из того, что система функций {cos(k\pi\nu), где k=0,2,4,… или k=1,3,5,…} ортогональна в пространстве L^2(0;1/2).)
Таким образом, на всей области определения (т. е. на \mathbb{R}^n\setminus\vec{0}) \Phi всегда имеет бесконечное число точек НЕСТРОГОГО локального минимума. (В тех же точках достигается и глобальный минимум данной функции! )
3.
Задача станет более содержательной, если рассматривать \Phi не на всём n-мерном пространстве, а в {n–1}-мерном проективном подпространстве, т. е. на единичной сфере, факторизованной отношением эквивалентности \vec{x}=–\vec{x}.
В этом случае, как правило, будет только одна точка минимума. Бесконечно много точек минимума может быть только при исключительных значениях верхней границы интеграла в числителе. Например, если в числителе стоит интеграл от 0 до 1, то \Phi\equiv2.
---------------------
Если найду какие-либо ограничения на размерность пространства и верхнюю границу интеграла в числителе, при которых точка минимума в проективном подпространстве единственна, то допишу в комментарии.
зачем вы взрываете мозг тихим тунеядцам)))
Миша Вараксин
Ну... здесь есть и на такое любители. Некоторые, вон, аж на LaTeX'е говорят, практически.
А мне результат пригодится.
А мне результат пригодится.
Я бы привел данные кв. формы к каноническому виду, а потом исследовал градиент.
О каких интегралах идет речь (по какой области)
О каких интегралах идет речь (по какой области)
Миша Вараксин
Интегралы не по х-ам, а по другой переменной - х-ы там как коэффициенты выступают.
функция: http://latex.codecogs.com/gif.latex?H(\nu) = x_0 + x_1cos(2\pi\nu) + x_2cos(4\pi\nu) + .
или http://latex.codecogs.com/gif.latex?H(\nu) = x_0cos(\pi\nu) + x_1cos(3\pi\nu) + .
Она берётся в квадрат и интегрируется по ню - в знаменателе от 0 до 0,5, в числителе от 0 до некоторого числа - 0,125, 0,3333, 0,25 или ещё какого-то.
После интегрирования к каноническому виду они не очень-то приводятся.
Градиентным спуском минимум и нахожу. Думал, может быть, можно узнать единственный ли он.
функция: http://latex.codecogs.com/gif.latex?H(\nu) = x_0 + x_1cos(2\pi\nu) + x_2cos(4\pi\nu) + .
или http://latex.codecogs.com/gif.latex?H(\nu) = x_0cos(\pi\nu) + x_1cos(3\pi\nu) + .
Она берётся в квадрат и интегрируется по ню - в знаменателе от 0 до 0,5, в числителе от 0 до некоторого числа - 0,125, 0,3333, 0,25 или ещё какого-то.
После интегрирования к каноническому виду они не очень-то приводятся.
Градиентным спуском минимум и нахожу. Думал, может быть, можно узнать единственный ли он.
Миша Вараксин
Интегралы не по х-ам, а по другой переменной - х-ы там как коэффициенты выступают.
функция:%20=%20x_0%20+%20x_1cos(2\pi\nu)%20+%20x_2cos(4\pi\nu)%20+%20...)
или%20=%20x_0cos(\pi\nu)%20+%20x_1cos(3\pi\nu)%20+%20...)
Она берётся в квадрат и интегрируется по ню - в знаменателе от 0 до 0,5, в числителе от 0 до некоторого числа - 0,125, 0,3333, 0,25 или ещё какого-то.
После интегрирования к каноническому виду они не очень-то приводятся.
Градиентным спуском минимум и нахожу. Думал, может быть, можно узнать единственный ли он.
функция:
или
Она берётся в квадрат и интегрируется по ню - в знаменателе от 0 до 0,5, в числителе от 0 до некоторого числа - 0,125, 0,3333, 0,25 или ещё какого-то.
После интегрирования к каноническому виду они не очень-то приводятся.
Градиентным спуском минимум и нахожу. Думал, может быть, можно узнать единственный ли он.
Всегда не был селен по математике. Но вопрос очень интересный!
пипетц
в контакте есть приложение там уравнения решаются
в контакте есть приложение там уравнения решаются
Александр Атянин
Я конечно понимаю, что вы не нашли ни одного знакомого вам слова в вопросе, но и слова "уравнение" там тоже не было.
Похожие вопросы
- Пожалуйста подскажите какие темы входят в "Начало математического анализа" в школьном курсе алгебры.
- Помести, скажем, человека в пустыню... Где ничего и никого... Оставь минимум для поддержания основных жизненных функций
- Можно ли развить математическое мышление?
- Зачем нужна математика?
- Хочу стать математиком. Чтобы им стать нужно же непрерывно читать книги по алгебре да. Повторить все классы.
- За сколько месяцев можно выучить математику за 6-9 класс на 4 если в день учиться по 8-9 часов!???????
- Можно ли изучить математику с 5 по 11 класс за 3 года ?
- Математика, хоть и гимнастика для ума, но зачем если будешь работать по гуманитарной специальности она нужна?
- Не понимаю математику.
- 3 3 4 4 5 5 Расположите математические знаки между цифрами так, чтобы получилось верное равенство.
Да, совершенно верно. От постоянного множителя значение Ф действительно не зависит. Это я учитывал, нормируя результат на единицу и дальше... ну используя полученный результат далее. И забыл про это когда здесь вопрос писал.
Действительно интересует единственность минимума на сфере (не обязательно даже единичной) или единственность этой прямой, содержащей локальные минимумы.
Я только сегодня подправил алгорим - теперь сходится уверено. Если не накладывать условие связки - сходится к разным точкам (в зависимости от начальных значений), но они все лежат на одной прямой. (До этого плохо сходилось - к ложным точкам).