Optimización convexa: conjunto afín

Se dice que un conjunto $ A $ es un conjunto afín si, para dos puntos distintos, la línea que pasa por estos puntos se encuentra en el conjunto $ A $.

Note -

  • $ S $ es un conjunto afín si y solo si contiene todas las combinaciones afines de sus puntos.

  • Los conjuntos vacíos y singleton son conjuntos afines y convexos.

    Por ejemplo, la solución de una ecuación lineal es un conjunto afín.

Prueba

Sea S la solución de una ecuación lineal.

Por definición, $ S = \ left \ {x \ in \ mathbb {R} ^ n: Ax = b \ right \} $

Sea $ x_1, x_2 \ in S \ Rightarrow Ax_1 = b $ y $ Ax_2 = b $

Para probar: $ A \ left [\ theta x_1 + \ left (1- \ theta \ right) x_2 \ right] = b, \ forall \ theta \ in \ left (0,1 \ right) $

$ A \ left [\ theta x_1 + \ left (1- \ theta \ right) x_2 \ right] = \ theta Ax_1 + \ left (1- \ theta \ right) Ax_2 = \ theta b + \ left (1- \ theta \ right ) b = b $

Por tanto, S es un conjunto afín.

Teorema

Si $ C $ es un conjunto afín y $ x_0 \ en C $, entonces el conjunto $ V = C-x_0 = \ left \ {x-x_0: x \ in C \ right \} $ es un subespacio de C.

Prueba

Sea $ x_1, x_2 \ en V $

Para mostrar: $ \ alpha x_1 + \ beta x_2 \ in V $ por algunos $ \ alpha, \ beta $

Ahora, $ x_1 + x_0 \ en C $ y $ x_2 + x_0 \ en C $ por definición de V

Ahora, $ \ alpha x_1 + \ beta x_2 + x_0 = \ alpha \ left (x_1 + x_0 \ right) + \ beta \ left (x_2 + x_0 \ right) + \ left (1- \ alpha - \ beta \ right) x_0 PS

Pero $ \ alpha \ left (x_1 + x_0 \ right) + \ beta \ left (x_2 + x_0 \ right) + \ left (1- \ alpha - \ beta \ right) x_0 \ en C $ porque C es un conjunto afín .

Por lo tanto, $ \ alpha x_1 + \ beta x_2 \ in V $

Por lo tanto probado.