جميع الكتب

مهني

1 Markets I: The Ecosystem and Exchange-Traded Marketsالأسواق عبر الإنترنتالإنجليزية 2 Markets II: Rates, FX and Creditالأسواق عبر الإنترنتالإنجليزية 3 Markets III: Commodities, Energy and Cryptoالأسواق عبر الإنترنتالإنجليزية 4 Quantitative Methodsالأساليب عبر الإنترنتالإنجليزية 5 Derivatives and Volatilityالمشتقات عبر الإنترنتالإنجليزية 6 Rates, Credit, XVA and Riskالفائدة والائتمان والمخاطر عبر الإنترنتالإنجليزية 7 Research Craft: Predictors, Backtests, Measurement, Portfoliosالبحث عبر الإنترنتالإنجليزية 8 Strategies I: Equities and Futuresالاستراتيجيات عبر الإنترنتالإنجليزية 9 Strategies II: Volatility, Relative Value, Macro and the Bank Desksالاستراتيجيات عبر الإنترنتالإنجليزية 10 Microstructure and Executionالتنفيذ عبر الإنترنتالإنجليزية 11 Market Making and High-Frequency Tradingصناعة السوق عبر الإنترنتالإنجليزية 12 Machine Learning for Marketsتعلم الآلة عبر الإنترنتالإنجليزية 13 Low-Latency Softwareالتكنولوجيا عبر الإنترنتالإنجليزية 14 Networks, Hardware and Trading Infrastructureالتكنولوجيا عبر الإنترنتالإنجليزية 15 Research, Data and Risk Platformsالتكنولوجيا عبر الإنترنتالإنجليزية 16 The Desk and the Firmالشركة عبر الإنترنتالإنجليزية 17 The Industry: Firms, Roles and Careersالمسارات المهنية عبر الإنترنتالإنجليزية 18 Interviews I: Maths, Probability and Speedالمسارات المهنية عبر الإنترنتالإنجليزية 19 Interviews II: Markets, Trading Games and the Final Roundالمسارات المهنية عبر الإنترنتالإنجليزية 20 Interviews III: Codeالمسارات المهنية عبر الإنترنتالإنجليزية
التطبيقات حول المدرب تسجيل الدخول ابدأ القراءة

الرياضيات · المسرد

ما معنى الدالة المحدبة؟

يُعرف أيضًا باسم: تحدب · دالة مقعرة · دالة محدَّبة

تعريف 22.11 رياضيات المرحلة الثانوية · الفصل 22 — الاشتقاق والتحدب

تكون الدالة ff المعرَّفة على فترة II محدبة على II إذا كان كل وتر من أوتار منحناها فوق المنحنى: أي من أجل كل a,b∈Ia, b \in I وكل t∈[0, 1]t \in \intcc{0}{1}،

f((1−t)a+tb)≤(1−t)f(a)+tf(b).f\bigl((1-t)a + t b\bigr) \leq (1-t) f(a) + t f(b).

وتكون مقعرة إذا تحققت المتراجحة المعاكسة (أي إذا كانت −f-f محدبة).

دالة محدبة: كل وتر (بالأحمر) فوق المنحنى، و المنحنى فوق كل مماس من مماساته (بالبرتقالي). وتبيّن القطعة المتقطعة الفجوة بين f ((1-t)a+tb ) و (1-t)f(a)+tf(b).
دالة محدبة: كل وتر (بالأحمر) فوق المنحنى، و المنحنى فوق كل مماس من مماساته (بالبرتقالي). وتبيّن القطعة المتقطعة الفجوة بين f((1−t)a+tb)f\bigl((1-t)a+tb\bigr) و (1−t)f(a)+tf(b)(1-t)f(a)+tf(b).

أمثلة

مثال 22.14

من أجل f(x)=x3f(x) = x^3 يكون f′′(x)=6xf''(x) = 6x: فتكون ff مقعرة على (−∞, 0]\intoc{-\infty}{0}، ومحدبة على [0, +∞)\intco{0}{+\infty}، مع نقطة انعطاف عند المبدأ، حيث يقطع المنحنى مماسه (وهو المحور xx).

مثال 22.15 (متراجحات التحدب)

الدالة الأسية محدبة على R\R (فمشتقتها الثانية هي نفسها، وهي موجبة). ومماسها عند 00 هو y=1+xy = 1 + x، إذن

ex≥1+xمن أجل كل x∈R.\eu^x \geq 1 + x \quad \text{من أجل كل } x \in \R .

ومثل هذه المتراجحات المماسية ناتج معياري من نواتج التحدب.

اقرأ في الفصل ←
تعريف 14.18 الرياضيات الجامعية — السنة 1 · الفصل 14 — الاشتقاق

تكون f ⁣:I→Rf \colon I \to \R محدَّبة إذا وقع كل وتر فوق المنحنى:

∀x,y∈I, ∀t∈[0, 1],f(tx+(1−t)y)≤tf(x)+(1−t)f(y).\forall x, y \in I,\ \forall t \in \intcc{0}{1}, \quad f\bigl(tx + (1-t)y\bigr) \leq t f(x) + (1-t) f(y).

(وتكون ff مقعّرة إذا كانت −f-f محدَّبة.)

التحدّب مرتين: كل وتر (رمادي) يقع فوق المنحنى، ويقع المنحنى فوق كل مماس (متقطّع).
التحدّب مرتين: كل وتر (رمادي) يقع فوق المنحنى، ويقع المنحنى فوق كل مماس (متقطّع).

أمثلة

مثال 14.20 (متراجحات التحدّب الكلاسيكية)

الدالة exp⁡\exp محدَّبة (exp⁡′′=exp⁡>0\exp'' = \exp > 0): ويعطي مماسها عند 00 أن ex≥1+x\eu^x \geq 1 + x من أجل كل xx. والدالة ln⁡\ln مقعّرة: ويعطي مماسها عند 11 أن ln⁡x≤x−1\ln x \leq x - 1؛ وتعطي أوتارها، من أجل 0<a≤b0 < a \leq b، المتراجحةَ بين المتوسطين الهندسي والحسابي: فبأخذ t=12t = \frac12 في التقعّر،

ln⁡a+b2≥ln⁡a+ln⁡b2=ln⁡ab,ومنهab≤a+b2.\ln\frac{a + b}{2} \geq \frac{\ln a + \ln b}{2} = \ln\sqrt{ab}, \qquad\text{ومنه}\qquad \sqrt{ab} \leq \frac{a+b}{2} .

والمتراجحة العامة بين المتوسطين الحسابي والهندسي هي التمرين 14.9.

مثال 14.21 (متراجحة تحدّب من الصفر)

الدالة f(t)=tln⁡tf(t) = t\ln t محدَّبة على (0, +∞)\intoo{0}{+\infty}: إذ f′′(t)=1t>0f''(t) = \frac1t > 0. ومتراجحتها عند المنتصف، مضروبةً في 22، تُقرأ: من أجل كل a,b>0a, b > 0،

aln⁡a+bln⁡b  ≥  (a+b) ln⁡a+b2,a\ln a + b\ln b \;\geq\; (a + b)\,\ln\frac{a + b}{2} ,

مع المساواة إذا وفقط إذا كان a=ba = b (بالتحدّب القطعي). ولتجربتها: a=1a = 1 و b=3b = 3 يعطي 3ln⁡3=3.2963\ln 3 = 3.296 إزاء 4ln⁡2=2.7734\ln 2 = 2.773. وهذه المتراجحة البريئة هي حالة النقطتين من مقارنة الإنتروبيا التي تعود مع متراجحة ينسن (التمرين 14.9) وفي المقاربات المعلوماتية في مجلّد السنة الثالثة. والفكرة النافذة: لتصنيع متراجحة، جد دالةً لمشتقتها الثانية إشارة واكتب ما يقوله التحدّب — فالتمييز التفاضلي يحوّل تحقّق إشارة واحدًا إلى متراجحات لا تُحصى.

مثال 14.24 (متراجحة يونغ من التقعّر)

ليكن p,q>1p, q > 1 مع 1p+1q=1\frac1p + \frac1q = 1. من أجل كل a,b>0a, b > 0:

ab  ≤  app+bqq.ab \;\leq\; \frac{a^p}{p} + \frac{b^q}{q} .

والبرهان بتطبيق واحد لتقعّر ln⁡\ln بالوزنين 1p,1q\frac1p, \frac1q (وهي متراجحة ينسن ذات النقطتين، كما في التمرين 14.9):

ln⁡(app+bqq)  ≥  1pln⁡(ap)+1qln⁡(bq)=ln⁡a+ln⁡b=ln⁡(ab),\ln\Bigl(\frac{a^p}{p} + \frac{b^q}{q}\Bigr) \;\geq\; \frac1p \ln(a^p) + \frac1q \ln(b^q) = \ln a + \ln b = \ln(ab),

ويحوّل تزايد ln⁡\ln متراجحةَ اللوغاريتمات إلى الادعاء؛ والمساواة إذا وفقط إذا كان ap=bqa^p = b^q (بالتقعّر القطعي). وحالة p=q=2p = q = 2 هي المتراجحة بين المتوسطين الحسابي والهندسي ab≤a2+b22ab \leq \frac{a^2 + b^2}{2} متنكّرة. والفكرة النافذة: متراجحة يونغ هي البذرة الجبرية لمتراجحتَي هولدر ومنكوفسكي في مجلّد السنة الثانية — أي عبارة تقعّر واحدة عن ln⁡\ln، محصودةً من أجل المعايير.

اقرأ في الفصل ←