用定义验证下列各集合是凸集: (1)S={(x1 x2)|x1+2x2≥1 x1—x2≥1); (2
用定义验证下列各集合是凸集: (1)S={(x1,x2)|x1+2x2≥1,x1—x2≥1); (2)S={(x1,x2)|x2≥|x1|}; (3)S={(x1,x2)|x12+x22≤10}.
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参考解答
正确答案:(1)对集合S中任意两点及每个数λ∈[01有由题设有 [λx1(1)+(1一λ)x1(2)+2[λx2(1)+(1一λ)x2(2) =λ(x1(1)+2x2(1))+(1一λ)(x1(2)+2x2(2))≥λ+(1一λ)=1 [λx1(1)+(1一λ)x1(2)一[λx2(1)+(1一λ)x2(2) =λ(x1(1)一x2(1))+(1一λ)(x1(2)一x2(2))≥λ+(1一λ)=1因此λx(1)+(1-λ)x(2)∈S故S是凸集.由题设有 λx2(1)+(1一λ)x2(2)≥λ|x1(1)+(1一λ)|x1(2)|≥|λx1(1)+(1一λ)x1(2)|因此λx(1)+(1一λ)x(2)∈S故S是凸集.由题设有 [λx1(1)+(1一λ)x1(2)+[λx2(1)+(1一λ)x2(2)2 =λ2x1(1)2+2λ(1一λ)x1(1)x1(2)+(1一λ)2x1(2)2+λ2x2(1)2+2λ(1一λ)x2(1)x2(2) +(1一λ)2x2(2)2=λ2[x1(1)2+x2(1)2+(1一λ)2[x1(2)2+x2(2)2+λ(1一λ)[2x1(1)x1(2) +2x2(1)x2(2)≤10λ2+10(1一λ)2+λ(1一λ)[x1(1)2+x1(2)2+x2(2)2+x2(2)2 ≤10λ2+10(1一λ)2+20λ(1一λ)=10因此λx(1)+(1-λ)x(2)∈S故S是凸集.
(1)对集合S中任意两点及每个数λ∈[0,1,有由题设,有[λx1(1)+(1一λ)x1(2)+2[λx2(1)+(1一λ)x2(2)=λ(x1(1)+2x2(1))+(1一λ)(x1(2)+2x2(2))≥λ+(1一λ)=1,[λx1(1)+(1一λ)x1(2)一[λx2(1)+(1一λ)x2(2)=λ(x1(1)一x2(1))+(1一λ)(x1(2)一x2(2))≥λ+(1一λ)=1,因此,λx(1)+(1-λ)x(2)∈S,故S是凸集.由题设,有λx2(1)+(1一λ)x2(2)≥λ|x1(1)+(1一λ)|x1(2)|≥|λx1(1)+(1一λ)x1(2)|,因此λx(1)+(1一λ)x(2)∈S,故S是凸集.由题设,有[λx1(1)+(1一λ)x1(2)+[λx2(1)+(1一λ)x2(2)2=λ2x1(1)2+2λ(1一λ)x1(1)x1(2)+(1一λ)2x1(2)2+λ2x2(1)2+2λ(1一λ)x2(1)x2(2)+(1一λ)2x2(2)2=λ2[x1(1)2+x2(1)2+(1一λ)2[x1(2)2+x2(2)2+λ(1一λ)[2x1(1)x1(2)+2x2(1)x2(2)≤10λ2+10(1一λ)2+λ(1一λ)[x1(1)2+x1(2)2+x2(2)2+x2(2)2≤10λ2+10(1一λ)2+20λ(1一λ)=10,因此λx(1)+(1-λ)x(2)∈S,故S是凸集.
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