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La convexidad del punto medio no implica convexidad

Una función $f: X \rightarrow \mathbb{R}$ se dice que es convexo en el punto medio si para todo $x, y \in X$ tenemos $$f(\frac{x + y}{2}) \leq \frac{f(x) + f(y)}{2}. $$ ¿Puede dar un ejemplo de una función que sea convexa en el punto medio pero no convexa?

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Esta función tendría que ser no medible y, por tanto, podría ser un poco difícil de "escribir".

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@PrahladVaidyanathan ¿Por qué no se puede medir?

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Es un teorema de alguien (que no recuerdo - pero sospecho que es bastante profundo) que una función convexa de punto medio medible está obligada a ser continua - y por lo tanto convexa (Una función convexa de punto medio es siempre racionalmente convexa)

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Ali Puntos 685

Se trata de un teorema sobre el análisis convexo, pero está planteado para una función continua. Para hacer el contraejemplo se puede eliminar la continuidad de la condición como $f(x)=x^2$ para $x\in \mathbb{Q}$ y $0$ por lo demás. Creo que, es un contraejemplo.

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De hecho, se sabe que cualquier contraejemplo no puede ser medible y que la existencia de tal función no puede demostrarse en ZF. (Ver las preguntas enlazadas.) Su ejemplo no funciona. Basta con considerar $x=2+\sqrt2$ y $y=-\sqrt2$ . (O cualesquiera otros dos números irracionales tales que su media sea un número racional distinto de cero).

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Si una función convexa de punto medio F, estrictamente monótona, es creciente en un intervalo real $[0,1]\to[0,1]$ con $F(0)=0$ y $F(1)=1$ , $F(0.5)=0.5$ será medible y convexo, aparte de los posibles contraejemplos. Por lo general, la cuasi-convexidad estricta es suficiente bajo restricciones leves

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