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保留凸性的一種方式:最小化一個聯合凸函式形成的單變數函式仍是凸函式

該定理表述如下:
X 是一個凸集, Y ( x ) 是定義在

X 上的非空集合,集合 C = { ( x ,
y ) x X , y Y ( x ) }
是一個凸集, g ( x , y ) 是定義在 C 上的一個凸函式,那麼下面函式

f ( x ) = inf y Y ( x ) g ( x , y )
也是一個凸函式。

證明:根據 f ( x ) 的定義,對於任意 x 1 X ,以及任意一個正數 δ ,總存在一個 y 1 ,使得:

f ( x 1 ) + δ g ( x 1 , y 1 )
同理,對於任意 x 2 X ,以及任意一個正數 δ ,總存在一個 y 2 ,使得:
f ( x 2 ) + δ g ( x 2 , y 2 )

因此:

θ f ( x 1 ) + ( 1 θ ) f ( x 2 ) θ g ( x 1 , y 1 ) + ( 1 θ ) g ( x 2 , y 2 ) δ g ( θ 1 x 1 + ( 1 θ ) x 2 ) δ f ( θ 1 x 1 + ( 1 θ ) x 2 ) δ

因為上式對任意 δ 都成立,必然對 δ = 0 也成立。( 這一點似乎來源於其他數學理論),得證。