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.
Алекс Грошев
Алекс Грошев
23 053
Лучший ответ
Миша Вараксин Благодарю.
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).
зачем вы взрываете мозг тихим тунеядцам)))
Millyaderwa Dollorwa
Millyaderwa Dollorwa
20 201
Миша Вараксин Ну... здесь есть и на такое любители. Некоторые, вон, аж на LaTeX'е говорят, практически.
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)
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.
Миша Вараксин Интегралы не по х-ам, а по другой переменной - х-ы там как коэффициенты выступают.
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
Александр Атянин Я конечно понимаю, что вы не нашли ни одного знакомого вам слова в вопросе, но и слова "уравнение" там тоже не было.