f : R**2 一 R : (x, y) - cosh(x**2 + y**2)是凸函数吗
时间: 2023-12-04 18:39:36 浏览: 181
根据定义,如果一个函数的Hessian矩阵是半正定的,则该函数是凸函数。Hessian矩阵是一个函数的二阶导数矩阵。因此,我们需要计算f(x,y)的Hessian矩阵并检查它是否半正定。
首先,计算f(x,y)的一阶偏导数:
$$
\frac{\partial f}{\partial x} = -2x \sinh(x^2+y^2) \\
\frac{\partial f}{\partial y} = -2y \sinh(x^2+y^2)
$$
然后,计算f(x,y)的二阶偏导数:
$$
\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} = -2\sinh(x^2+y^2) + 4x^2\cosh(x^2+y^2) \\
\frac{\partial^2 f}{\partial y^2} = -2\sinh(x^2+y^2) + 4y^2\cosh(x^2+y^2) \\
\frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y} = -4xy\cosh(x^2+y^2)
$$
因此,f(x,y)的Hessian矩阵为:
$$
H_f(x,y) = \begin{bmatrix}
2\sinh(x^2+y^2)+4x^2\cosh(x^2+y^2) & -4xy\cosh(x^2+y^2) \\
4xy\cosh(x^2+y^2) & -2\sinh(x^2+y^2)+4y^2\cosh(x^2+y^2)
\end{bmatrix}
$$
接下来,我们需要检查Hessian矩阵是否半正定。可以使用Sylvester准则来检查。根据Sylvester准则,一个矩阵是半正定的,当且仅当它的所有主子矩阵的行列式都非负。因此,我们需要检查Hessian矩阵的所有主子矩阵的行列式是否都非负。
首先,检查Hessian矩阵的1x1主子矩阵:
$$
\begin{vmatrix}
-2\sinh(x^2+y^2)+4x^2\cosh(x^2+y^2)
\end{vmatrix} = -2\sinh(x^2+y^2)+4x^2\cosh(x^2+y^2)
$$
由于$\cosh(x^2+y^2)$始终大于等于1,因此当$x^2+y^2=0$时,行列式为0,否则行列式为正。因此,1x1主子矩阵的行列式非负。
然后,检查Hessian矩阵的2x2主子矩阵:
$$
\begin{vmatrix}
-2\sinh(x^2+y^2)+4x^2\cosh(x^2+y^2) & -4xy\cosh(x^2+y^2) \\
-4xy\cosh(x^2+y^2) & -2\sinh(x^2+y^2)+4y^2\cosh(x^2+y^2)
\end{vmatrix} = 16x^2y^2\cosh^2(x^2+y^2)-4\cosh(x^2+y^2)(x^2+y^2)+4
$$
由于$\cosh(x^2+y^2)$始终大于等于1,因此当$x^2+y^2=0$时,行列式为4,否则行列式为正。因此,2x2主子矩阵的行列式非负。
因此,根据Sylvester准则,Hessian矩阵是半正定的,因此f(x,y)是凸函数。
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