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CONVEX SET

凸集合

OVERVIEW

凸集合

凸集合と呼ばれる概念を定義した上で、凸集合どうしの集合演算に関して成立する性質や凸集合の位相的性質について解説します。ここで得られる知識は後に凸関数や最適化について学ぶ上での土台になります。
TABLE OF CONTENTS

目次

CONVEX SET

凸集合

凸集合を定義した上で基本的な性質について解説します。

凸集合の定義と具体例

ユークリッド空間の部分集合に属する2つの点を任意に選んだとき、それらの任意の凸結合がその集合の要素であるならば、その集合を凸集合と呼びます。

狭義凸集合の定義

ユークリッド空間の部分集合に属する異なる2つの点を任意に選んだとき、それらの任意の狭義凸結合がその集合の内点であるならば、その集合を狭義凸集合と呼びます。

凸包の定義と具体例

ユークリッド空間の部分集合Aが与えられたとき、Aを部分集合として持つ凸集合の中でも最小のものをAの凸包と呼びます。

AFFINE SET

アフィン集合

アフィン集合と呼ばれるクラスの凸集合について解説します。

アフィン集合の定義と具体例

ユークリッド空間の部分集合に属する2つの点を任意に選んだとき、それらの任意のアフィン結合がその集合の要素であるならば、その集合をアフィン集合と呼びます。

アフィン包の定義と具体例

ユークリッド空間の部分集合Aが与えられたとき、Aを部分集合として持つアフィン集合の中でも最小のものをAのアフィン包と呼びます。

CONVEX CONE

凸錐

凸錐と呼ばれるクラスの凸集合について解説します。

凸錐の定義と具体例

ユークリッド空間の部分集合に属する2つの点を任意に選んだとき、それらの任意の錐結合がその集合の要素であるならば、その集合を凸錐と呼びます。凸錐は凸集合であるような錐です。

POLYHEDRAL

多面体

多面体と呼ばれるクラスの凸集合について解説します。

多面体(凸多面体)の定義と具体例

連立1次不等式の解集合を多面体と呼びます。連立1次方程式の解集合や、1次方程式と1次不等式が混在する連立式の解集合もまた多面体です。多面体は凸集合です。

多面錐(凸多面錐)の定義と具体例

錐であるような多面体を多面錐と呼びます。多面体は凸集合であるため、多面錐もまた凸集合です。多面錐は定数ベクトルがゼロであるような連立1次不等式の解集合です。

DUAL CONE

双対錐

双対錐と呼ばれるクラスの凸集合について解説します。

双対錐の定義と具体例

ユークリッド空間の非空な部分集合Cが与えられたとき、Cに属するすべてのベクトルとの内積が非負になるようなベクトルをすべて集めることにより得られる集合をCの双対錐と呼びます。

SET OPERATION ON CONVEX SETS

凸集合の演算

凸集合を対象とした集合演算が満たす性質について解説します。

凸集合のスカラー倍

ユークリッド空間の部分集合が与えられたとき、その集合のすべての点をスカラー倍して得られる新たな集合をもとの集合のスカラー倍と呼びます。凸集合のスカラー倍は凸集合であることが保証されます。

凸集合どうしの線型結合(凸結合)

集合のスカラー倍およびミンコフスキー和を利用して、集合どうしの線型結合や凸結合などの概念を定義します。凸集合どうしの線型結合や凸結合は凸集合になります。

凸集合どうしの直積

凸集合どうしの直積(カルテシアン積)や、凸集合族の直積などはいずれも凸集合になります。

TOPOLOGY OF CONVEX SET

凸集合の位相

凸集合の位相について解説します。

SEPARATION OF CONVEX SETS

凸集合の分離

分離超平面定理について解説します。

超平面

ユークリッド空間における超平面と呼ばれる概念を定義するとともに、法線ベクトルと超平面の関係や、点と超平面の距離について解説します。

点としての超平面

1次元ユークリッド空間において点(1点集合)と超平面が概念として一致することを示します。

直線としての超平面

ユークリッド空間における直線と呼ばれる概念を定義するとともに、2次元ユークリッド空間において直線と超平面が概念として一致することを示します。

平面としての超平面

ユークリッド空間における平面と呼ばれる概念を定義するとともに、3次元ユークリッド空間において平面と超平面が概念として一致することを示します。

RELATED KNOWLEDGE

関連知識

REQUIRED KNOWLEDGE

前提知識

本節を学ぶ上で以下の知識が役に立ちます。

ユークリッド空間

ユークリッド空間を定義した上で、そこでの点列や位相の性質および各種の写像(ベクトル値関数・多変数関数・多変数のベクトル値関数)の極限や連続性などについて解説します。これらの知識は後に微分や積分について学ぶ際の土台となります。

線型代数

LINEAR ALGEBRA 線型代数 微分積分 数学 凸解析 OVERVIEW 線型代数とは何か 線型代数に関する教材です。 OUTLINE 教材 会員登録 微分積分 数学 凸解析 ABOUT ワイズについて ワイズの

微分積分

微分は「変化」に関する学問です。微分を学べば物事や現象の「変化」を定量的に記述できるようになるだけでなく、変化がもたらす影響を評価したり、変化が起きる場での最適な状態を特定できるようになります。

ADVANCED KNOWLEDGE

発展知識

本節で得た知識は以下の分野を学ぶ上での基礎になります。

凸関数・凹関数

凸関数(凹関数)と呼ばれる関数を定義するとともに、与えられた関数が凸関数(凹関数)であることを判定する方法や、凸関数(凹関数)の基本的な性質について解説します。

準凸関数・準凹関数

準凸関数(準凹関数)と呼ばれる関数を定義するとともに、与えられた関数が準凸関数(準凹関数)であることを判定する方法や、準凸関数(準凹関数)の基本的な性質について解説します。

凸最適化・凹最適化

凸最適化(凸計画法)および凹最適化(凹計画法)と呼ばれる最適化問題を定義するとともに、様々な凸最適化ないし凹最適化問題の解法を解説します。

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