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¿Es un positivo, monotono y sub-additive función cóncava?

Considere una función de $f : [0, 1] \to \mathbb{R}^+$ tal que $f(0) = 0$ $f(x) \leq f(y)$ todos los $ x \leq y$ (i.e $f$ es monótona). Además, yo también restringir $f$ a ser un sub-aditivo de la función del yo.e $f(x+y) \leq f(x) + f(y)$.

Estoy tratando de probar que una función no necesita ser cóncava. Creo que esa función existe, pero no puede encontrar un contraejemplo. Hay una función que satisface mis necesidades?

Idealmente, me gustaría encontrar una función que también es continua y diferenciable, pero cualquier función que no cumplan estas condiciones también estaría bien. Creo (no formales de la razón) que continua y diferenciable fuerza a la función a ser cóncava.

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Connor Harris Puntos 132

Subadditivity está implícita mediante el requisito de que $g(x) := \frac{f(x)}{x}$ ser monótonamente decreciente. Si $g(x) \geq g(x+y)$$g(y) \geq g(x+y)$, luego $$f(x) + f(y) = x g(x) + y g(y) \geq x g(x+y) + y g(x+y) = f(x+y).$$ So any function $f$ that satisfies the other requirements can be subadditive as long as it does not intersect any line through the origin twice other than at the origin itself (though a single interval of coincidence with a given line through the origin, in addition to the intersection at the origin itself, is licit). This criterion is weaker than concavity (which requires that no line whatsoever intersect $f$ en tres ocasiones, incluyendo en el origen), y una gran familia de los no-cóncavo subadditive funciones pueden ser construidos de la siguiente manera:

  1. Cada vez más cóncava de la función $g: [0, 1] \to \mathbb{R}$ satisfacción $g(0) = 0$.

  2. Tomar algunas $\xi \in (0, 1)$.

  3. Definir $f(x) = \max \left\{g(x), \frac{g(\xi) x}{\xi}\right\}$. Es decir, $f = g$ en el intervalo de $[0, \xi]$, e $f$ sigue una continuación de la secante de la línea de $(0, 0)$ $(\xi, g(\xi))$en el intervalo de $[\xi, 1]$.

Una de las funciones de esta familia es $$f(x) = \begin{cases} \sqrt{x} & x \leq \frac{1}{4} \\ 2x & x \geq \frac{1}{4}. \end{cases}$$

De manera más general, es trivial demostrar que si $f$ $g$ son dos subadditive funciones, a continuación, $\max\{f, g\}$ es también subadditive, y no cóncava en cualquier lugar que $f$ $g$ se cruzan y tienen diferentes pendientes.

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