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对偶锥与广义不等式

对偶锥

K 为一个锥,则集合

K={yxy0,xK}

称为 K 的对偶锥。从几何上看,对偶锥 K 是与锥 K 内的所有向量夹角不超过 90 度的所有向量组成的集合。如图所示,以 y 为法向量的半空间包含锥 K,因此 yK;而以 z 为法向量的半空间不包含锥 K,因此 zK

对偶锥的性质

  • K 是闭凸锥。
  • K1K2K2K1
  • 如果 K 有非空内部,那么 K 是尖的。
  • 如果 K 的闭包是尖的,那么 K 有非空内部。
  • KK 的凸包的闭包。因此如果 K 是凸和闭的,那么 K=K

广义不等式的对偶

若凸锥 K 是正常锥,则其对偶锥 K 也是正常锥,它可以导出一个广义不等式 K

广义不等式及其对偶的性质

xKyλK0,λxλyxKyλK0λ0,λx<λy

对偶不等式定义的最(极)大(小)元

最小元的对偶性质

xS 上关于广义不等式 K 的最小元的充要条件是,对于 λK0x 是在 zS 上极小化 λz 的唯一最优解。从几何上看,这意味着对于 λK0,超平面 {zλ(zx)=0} 是在 x 处对 S 的一个严格支撑超平面。如图所示。

极小元的对偶性质

如果 λK0 并且 xzS 上极小化 λz,那么 x 是极小的,如图所示。

其逆命题在一般情况下是不成立的。

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