109i680譬q:一!业!Q婴坦Qj分袭号i一』些丑:塑告级:蛰扯学垮代码-!监3自四川师范大学硕士学位论文变分不等式与凸优化问题刘小兰培养单位一幽创业堑盘堂塑堂皇煞盐至}主堂匿一一——指导教师——i型置然——职称一一垫蝗——学科专业一一一茎型塑堂..——研究打向——一堑雪佥盘一一——一——论文完成日期三监.生旦一_旦一..V变分不等式与凸优化问题基础数学研究生刘小兰指导教师何诣然(教授)本文研究了非线性泛函分析和凸优化中的几个问题.在第一章中,主要在无穷维Banach空间中建立了非线性规划问题的二阶必要最优性条件,所要求的约束条件比Robinson约束条件更弱,在第二章中,主要利用Fenchel对偶理论和Fenchel.Lagrange对偶理论,分别得到了无限维空间中具有有限个凸约束条件和无限个凸约束条件不等式系统的新Farkas型结果,推广了有限维空间中相应的结果.在第j』章中,在不假设函数具有连续性的情况下研究了无穷维空间中广义拟变分不等式问题解的存在性,把文献f38]中的结果延拓到无穷维空间.关键词:最优性条件:非线性规划;Fenchel对偶;Fenchel—Laga-ange对偶Farkas型结果;广义拟变分不等式;下半连续;开下截口第i页,共35页VariationalInequalitiesandConvexBasicMathematicsOptimizationAuthor:LiuXiaolanSupervisor:HeYiRan(Professor)Abstract:Thispaperisconcernedwithsomeproblemsofnonlinearfunctionalanalysisandconvexoptimization.Inchapterone,anewconstraintqualificationwhichisweakerthantheRobinsonconstraintqualificationisdiscussedanJasecondordernecessaryoptimalityconditionformathematicalprogrammingproblemsinBanⅢhspacesisestablished.onInchaptertwo,basedaFencheldualityandFenchel-Lagrangedualit,’,convexnewFarkas-typeresultforfiniteandinfiniteinequalitiesininfinite-dimensionalspacesisobtained.Inchapterthree,weextendaknownexistenceresulttoofgeneralizedqllasi一’ariationalinequalitiesspaces.fromfinitedimensionalinfinite-dimen_sionalKeywords:Optimalityconditions;Nonlinearprogramming;Fenchdduality;Fenchel··Lagrangeduality;Farkas-typeresult;Generalizedquasi—variationalinequalities;Lowersemi—continuity;Openlowersections.四川师范大学学位论文独创性及使用授权声明<气溉挽本人声明:所呈交学位论文,是本人在导师衄i旨魅数援指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人承诺:已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如因不符而引起的学术声誉上的损失由本人自负。本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定:学校作为申请学位的条件之一,学位论文著作权拥有者须授权所在大学拥论文作者签名:≥j。j.兰砷年事月7日有学位论文的部分使用权,即:1)已获学位的研究生必须按学校规定提交印刷版和电子版学位论文,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索;2)为教学和科研目的,学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。绪论最优化是一门应用相当广泛的学科.主要讨论决策问题最佳选择的特性,构造寻求最佳解的计算方法,并研究这些计算方法的理论性质以及计算表现.鉴于最优化问题在经济计划.工程设计.生产管理,交通运输,国防等重要领域的广泛应用,其研究已经受到政府部门科研机构和产业部门的高度重视:参看文献『11f21f31.最优化理论与方法是一门应用性很强的年轻学科,主要研究某些数学上定义的问题的最优解.即对于给出的实际问题,从众多的方案中选出最优方案.虽然最优化可以追溯到十分古老的极值问题,然而,它作为一门独立的学科是在本世纪40年代末1947年Dantzig提出求解一般线性规划问题的单纯形之后出现的.现在,解线性规划,非线性规划以及随机规划,非光滑规划,多目标规划.几何规划.整数规划等各种最优化问题的理论研究发展迅速,新方法不断出现.实际应用也日益广泛.在电子计算机的推动下,最优化理论与方法在经济计划,工程设计,生产管理,交通运输等方面得到了更加广泛的应用,成为一门应用性极强的学科.约束条件在最优化问题中的重要作用是广为认可的,参看文献f4j15】|6】等.因此不少的学者对最优化问题和约束条件做了广泛而深入的研究与探讨,参看文献【7】[8】【9I【10】【111.其中He和Sun[12】在有限维Banach空间中,找到了一个较Robinson约束条件0∈int(6'(xo)+DG(xo)x—C)更弱的约束条件:豫(zo,h)={枷:D2C(xo)(h,h)+DG(zo)札J∈露(G(zo),DG(:co)^)),并在此较弱条件下建立了一个新的二阶必要最优性条件.缸在无穷维Banach空间中至今并未出现有相应的结果.本文第一章即在无穷维Banach空间中考虑此问题.通过利用二阶切锥公式,在可行域是由非线性等式和不等式定义的情况下得到数学规划问题的二阶必要最优性条件,将文献f121的结果由有限维空间推广到无穷维空阈,Farkas引理【14l阐述了一个线性不等式伊(z)≤0是一个线性系统Ax≤0的充分必要条件,即C是A中非正元素的线性组合.这一结果在线性规划和优化理论中占有相当重要的地位.近二十年来,相当多的Farkas第1页.共35页绪论型结果被应用到更一般的非线性规划问题和非光滑优化问题中,参看文献115】[16]117]【18][19]等.Bot和Wanka[29】利用凸优化问题中的共轭对偶定理研究了两类对偶问题,即广义Fenchel对偶问题和Fenchel.Lagrange对偶问题,并得出了有限维空间中具有有限个和无限个凸约束的不等式系统的颓Farkas型结果,本文第二章得到了在无穷维空间中有限个和无限个凸约束的不等式系统的新Farkas型结果,推广了【201中的相应结论.变分不等式及应甩在现代非线性分析中具有非常重要的作用.上个世纪60年代,Hartman和Stampacchia等人在创建变分不等式理论的基础时提出了后来被称为Hartman-Stampacchia变分不等式的问题f26】,并在有限维空间中讨论了此变分不等式问题解的存在性,Browder和Lions等人将其结论推广到无穷维空间【27】f28】[29】f30¨3ll,并把所得的结果应用于研究力学,控制论,经济数学,对策论,微分方程和最优化理论中(包括控制理论,力学,网络平衡,游戏理论,补问题等的许多重要问题).随着变分不等式闯题研究的深入,Bensoussan,Lions[32]【33I在1973年研究与随机脉冲控制有关的某些问题时提出了拟变分不等式.现在,拟变分不等式无论在理论或者应用方面都取锝了重要进展,并被成功地应用与解决各种力学问题和经济学问题.例如,Baiocchiaf341通过未知函数的变换.解决了非矩形水坝的渗流问题.作为比拟变分不等式更一般的形式的广义拟变分不等式问题也随之发展.广义拟变分不等式问题是Chen和Pang[35]在1982年提出的.设E是实拓扑向量空间其共轭空间是F,X£E,X≠O,G:x一2x,F:X一2P是两个多值函数.广义拟变分不等式GQvi(x,F,G)即:要找到(牙,妒)∈X孟EXE‘,使得G(牙),乒∈F(牙).(驴.量一封)≤0,Vy∈G(孟).Chan和Pang[351在有限维窄问讨论广义拟变分不等式问题的解的存在性.1997年,Cubiotti[3S]不假设函数F的连续性,在有限维空间中研究了广义拟变分不等式问题解的存在性.Cubiottif40]将Cubiotti[381的部分结果延拓到无穷维赋范空间.本文第三章利用Cubiotti[4D]的方法,在无需假设函数F连续性的情况下将Cubiotti:381的另一部分结果延拓到无穷维空间.stellalwp@163.COm第2页,共35页毕业论文第一章Banach空间中数学规划问题的二阶最优性条件本章主要讨论的是数学规划问题的二阶必要最优性条件.He和Sun[121在有限维Banach空间中.找到了一个Robinson约束条件0∈int(a(zo)+DG(xo)X—C)更弱的约束条件:赡(zo,h)={":D2G(‰)(^,h)+DG(xo)w∈露(G00),DG(xo)^)},并在此较弱条件下建立了一个新的二阶必要最优性条件.但在无穷维Banach空间中至今并未出现有相应的结果.本章即在无穷维Banach空间中考虑此问题.通过利用二阶切锥公式.在可行域是由非线性等式和不等式定义的情况下得到数学规划问题的二阶必要最优性条件,将文献f121的结果由有限维空间推广到无限维空间.1.1基本知识设,:X—R是一个二阶连续可微的函数,X是Banach空间。K是一个非空闭凸集考虑一卜面的最优化问题:CX,Kmin{/(z):z∈Ⅳ}.(1-1)如果zo∈K是问题(1-1)的局部最优解,则一阶必要最优性条件是:Df(zo)^≥o,VhETK(zo),这里的k(zo)表示的是K在X0点的Bouligand一切锥,22k(印)={^∈X:d(x+th,K)=o(£),to),其中d(z,K)=in矗∈耳忙一训表示的是z到K的距离.所有的基本概念和记号都可以在文(8】中找到.对一个线性算子A,ker(A)表示A的核.D9和D29分别表示映射g的一阶和二阶导数非空集KcX,aK(z)=supyeK/x,Y)表示K的支撑函数.对X0∈K,h∈X.礤(zo,h)表示zo点h方向的外二阶切集。臻(zo.h)={Ⅲ∈X:3≠。lo,d(xe—tnh+£:w/2,K)=o(£:)).第3页.共35页第~章Banach空间中数学规划问题的二阶最优性条作臻(粕,_}1)是闭集,但不一定是凸集.用S(xo)表示7k(zo)N{h:Df(xo)^≤o)对x中的非空集S来说,矿={‘∈X+:(f,z)≥o,Vz∈s),S一=一S+.1.2Banach空间中数学规划问题的二阶最优性条件命题1.2,l113】如果X0∈K是问题(1-1)的局部最优解,则Vh∈S(zo)Df(xo)w+D2S(zo)∞,h)之o,Vw∈臻zo,^).证明设h∈S(xo),∞∈2甍(如.^),由外二阶切集的定义,那么存在t。10,使得d(xo+tnh+f:"/2,K)=o(t:),因此存在r(t。)=o(£:)∈x,使得‰=2C0+t.h+£:训/2+r(t。)∈K,因为.r是二阶连续可微的,所以二阶泰勒展式有f(zn)=f(zo)+t。Df(xo)h十t:[Df(xo)w+D2f(xo)(h,h)]/2+oCd).因为zo是局部最优解,‰∈K,都有S(z。)≥f(zo),并且h∈S(xo),Df(xo)h≤0,进而有Df(zo)m+D2f(zo)(^,h)≥0.■推论1.2.1设XO是问题(1·1)的一个局部最优解,则Vh∈S(zo),凸集T(h)c瑶(xo,|11),有D2S(xo)(h,^)一口t(^)(一Df(xo))≥o,即(耐(一Df(xo))<oo证明0≤D2f(xo)(h,h)+nlj,n{Of(xo)w:t£,∈臻zo,^))=D2f(xo)(h,h)一max(-Df(xo)Ⅲ:t£I∈磉zo,^)l=D2f(xo)(h,h)一。靠扛。.^)(一Df(xo))≤D2f(xo)(h,h)一ar(h)(--Df(xo)).这里第一个不等式是由命题1.2.1得到的,第二个不等式由假设可得.●注1.2.1推论1.2.1是文【81定理3.45在G(z)=z时的特殊情形,这里给出了直接而简单的证明,到目前为止,还没有假设任何约束条件.现在来考虑有明显约束的最小化问题:min{f(z):G(x)∈c).(1-2)*毕业论文stcllal啷163.COlll第4页,共35页第。’章Banach空捌中数学规划『口J题的二阶最优性条什这里x.y都是Banach空间,,:X一兄.G:X—y都是二阶连续可微的,G是Y中的闭凸集,设K=G。(G),则K是闭集,问题(1-2)就是问题(1-1)的特殊情况.命题1.2.2设K=G-1(c),则VXo∈K,Vh∈y'Da(xo)^∈Tc(G(zo)),有礞(zo,h)c{幻:D2c(zo)(h,h)+DG(xo)w∈T8(G(。o),DG(zo)A)}.(1—3)证明设/,V∈露(zo,^),由G是二阶连续可微的,则G在。o点是局部Lipschitz,从而有对某一z≥0,Vx—XO,d(G(z),c)≤ld(x,G-1(G))=ld(x,Ⅳ),由"∈磉(zo,^),贝0d(V(zo十tnh+磋"/2),C)=o(£:),运用G的二阶泰勒展式,有G(xo+t.h+£:叫/2)=G(粕)+t。DG(xo)^+t2.[DG(xo)w+D2C(xo)(h,_『1)】+D(最),从而得到DG(xow+D2C(zo)(^,h)∈T8(G(』o),DC(xo)h)即靠(‰h)c{":D2G(xo)(h,h)+DC(xo露(G(。o),DG(xo)h)}.S(。o),有w∈■由命题1.2.1,如果zo是问题(1-2)的~个局部最优解,则对K=G。(e),V^∈Df(xo)w+D2f(xo)(h,h)≥o,Vw∈礞(zo,^).(1-4)尽管(1-3)式提供了豫(和.h)的一个上估计(在包含关系下),这并不能帮助在G的二阶导数和集G的二阶切锥下,得到(1.4)式的更进~步有意义的变形(1-5)式.为了得到一个有意义的二阶最优性条件,这就需要(1-3)式成为一个等式:丁品(xo,h)={t口:D2G(zo)(^,h)+DG(xo)w∈7尝(G(zo),DG(xo)危)).(i-5)把(1-5)式叫做在zo点h方向上的二阶Abadie约束条件.本文中,以后提到二阶Abadie约束条件:就总是假设(1-5)式的左右两边是非空的.用术语“二阶Abadie约束条件”,是因为它和在zo点的一阶Abadie约束条件的联系.丁kzo)={危:DG(xo)h∈Tc(G(zo))}.实际上,容易看出在fo点的一阶Abadie约束条件恰好是在2:0点h=0方向上的二阶Abadie约束条件.因此,如果二阶Abadie约束条件在。o点h=0方向时成立:则S(zo)就变为:{u:DG(xo)v∈Tc(G(zo)),Df(xo)v≤o):=C(zo).steUalwp9163.COnl第5Yi.共35页毕业论文第…章Banach空间中数学规划『nJ题的二阶最优性条竹这是问题(I-2)的l临界锥.另外一个使得(1-5)式作为约束条件的重要原因是:当Robinson约束条件在oo点成立时,即0∈西“(G(zo)+DG(xo)X—C).(1-5)式就自然成立了,参见文献f81.设A(zo)={A∈Y:Df(xo)+DG(xo)’A=0,A∈Ⅳc(G(zo))}.表示问题(1-2)的拉格朗日乘子的集合.定理1.2.1设270是问题(1-2)的~个局部最优解,h∈e(功),假设A(xo)非空,二阶Abadie约束条件在zo点h方向上成立,则对任意凸集TC(1-6)露(G‰),DC(xo)h),有limsupⅣ—+一Dl(xo)sup^∈^(砷弗){D2,(zo)(^,h)4-(A,D2G(知)∞,∞)一即(A)}≥0,其中A(xo,Y)={A∈.7、,0(G(zo)):Da(xo)’A=-u}.证明由Tc砺(G(zo),DG(xo)^):T是凸集,令^,=T+Tc(G(zo))一D2G(zo)(^,^),(1-7)由文【8]中命题3.34,T+TcCa(zo))c露(G00),DG(xo)h),则DG'(zo)-1(肼)是一个凸集,DC(xe)-1(嬲)c赡(印,妨,这是因为二阶Abadie约束条件在茗。点h方向上成立.因h∈C(xo),通过推论1.2.1,有D2f(xo)(h,|11)一eYDG(Ⅻ)一,(M)(--DI(xo))≥0.(1-8)由文【7】推论16.3.1,aDG(。。)一-㈣)(·)是函数9(z)的闭包,9(z)=((DG(。o))‘口Ⅳ)(z),(1-9)等式右边由文f9】定理2.1.3中的定义,DG(xo)+口^,(z)=inf{o'M(A):Da(zo)’A=z)由(1-7)式有,9(z):=inf{aM(A):DG(zo)‘A=z)(1-9)=inf{aT(A)+o'b(Gf。))(A)一(A,D2C(xo)(h,^)):DG(zo)‘A=z)=inf{aT(A)一(A,D2a(xo)(h,^)):DO(xo)+A=z,A∈,%(G(a硇)))::inf{o'T(A)一《A,D2G(。o)(矗,毳)):A∈A(xo,一z)}.stcllalwp@163.oom第6页,共35页毕业论文第-章Banach空间中数学规划I-廿J题约二阶最优性条件注意到i(xo,Df(xo))=A(zo)是假设非空的,所以有一Df(xo)在g的定义域内,因此g的定义域是非空的,由文【101中真凸函数闭包的定义,真凸函数g的闭包被定义成函数z—liminf。。。g(Ⅳ),有CrDG(Ⅻ)一1(M)(一Df(xo))=lirainfⅣ一一D,(zo)g(y)=liminfp一一D,(:o)inf^∈A(xo,y){D7(A)一(A,D2G(xo)(h,^))}联系(1—8)式,结论成立.在文章的余下部分,假设问题(1.2)中的集C是多面体,因此C的指标函数狮)=:怯薯是一个分段线性二阶函数【ll】,因e是一个多面体,由文f8】中命题3.34有丁吕(G(zo,DG(xo)h))=jBb(G(,。))(DG(zo)^).下面记O(h)=,k(G(。。))(DG(zo)^).(1-10)定理1.2.2设h∈G(zo),XO是问题(1—2)的一个局部最优解:如果二阶Abadie约束条件在zo点h方向上成立,则A(xo)非空且supM(:。){D2f(xo)(h,h)+(A,D2G(xo)(h,^)))≥0证明由h∈C(粕),在Xo点的一阶Abadie约束条件恰好是在知点h=0方向上的二阶Abadie约束条件,又由(1·lO)式,Tc(G(zo))c70(G(zo,DG(xo)h))=‰(G(。。))(DG(zo)^)=e(危),有e(_11)一c因为』、,c(G(zo))=Tc(G(zo))一,可得e(^)一C^0(G(¥o)),Tc(a(xo))一,吲尔小=他溜麓由推论1.2,1,有(1_11)令T=DG(xo)一1(^,),M=eCh)一D2G(xo)(h,^).贝UT非空凸,Tc了盔(zo,^),aT(一DI(xo))≤D2l(zo)Ch,^).(1-12)因e是一个多面体,有e(^),M和T都是多面体,因指标函数西(z)=(d吖oDC(zo))(z),6^,是一个真凸的分段线性二阶函数(由于^,是一个多而第7页,共35页毕业论文stcllalwp@163.COnl第一章Banach空问中数学规划问题的二阶最优性条什体),由文[11】推论11.33有or(一Df(xo))=(西)’(一Df(xo))=inf{aM(A):DC(xo)’A=-Df(xo))结合(1一12)式有D2/(zo)(h,h)2aT(--Df(xo)),(1-13)田(一Df(xo))=inf{稚j(A):DG(%)’A=一Df(xo)}=inf{trO(h)(A)一(A,D2c(xo)(^,_11)):DG(xo)‘A=-Dl(:vo)}=inf{一(A,D2G(zo)(_Il,^)):DG(xo)‘A=-Df(xo),A∈e(^)一)≥inf{-(A,D2G(xo)(h,^)):DG(xo)‘A=一D,(zo),A∈Nc(G(xo)))=inf{-(A,D2G(xo)(h,_『1)):A∈A(zo)},这里的第一个等式由M=e(h)一D2C(xo)(_Il,h)得出,不等式是由(1-11)式得到的.inf{一(A,D2G(xo)(h,^)):A∈A(1叼))=一sup{(A,D2c(xo)(h,^)):A∈A(xo)).(1—14)因为空集约定上确界为一oo,由(1-14)式直接可得,A(x0)非空.由(1-14)曼得0SD2f(xe)(h,h)一口r(--Df(xo))SsupAEA㈤{D2f(xo)(h,h)+(A,D2G(xo)(h,^))}.结束本章前,给出一个比Robinson约束条件更弱的充分条件,使得Abadie约束条件成立.这个充分条件其实是G(x)∈C的局部误差界.称系统K={z:c(x)∈G)在知∈K的局部误差界,如果正数r和t7,使得d(x,Ⅳ)≤rd(G(z),e),V£∈B(x,'7).(1-15)这里d是距离函数,B(x,叩)是中心在。o点,半径为q的开球,关于误差界理论的系统讨论可参考文献[6]flOlln].在zo点的Robinson约束条件等价于所谓的度量正则性,即存在r>0,(。o,0)点的领域矿,使得d(x,G一1(一Ⅳ))≤rd(G(x)+Y,G),v(z,Y)∈U(1-16)见参考文献【8】.比较度量正则性(1·16)式和局部误差界(1—15)式,很明显,(1一15)式比(1·l∞式要更弱,因此(1-15)式比Robinson约束条件更弱(在(1-16)式中固定Y=0,得到局部误差界(1一15)式),见参考文献【12】.stcllalwp@163.coin第8页,共35页毕业论文第一章Banach空间中数学规划『nJ题的二阶最优性条件命题1.2.3设Ⅳ是问题(1-2)的可行集,局部误差界在Xo∈S成立,则二阶Abadie约束条件在。o点h方向上成立.,证明由(1-3)式,还需要证明{枷:D2G(xo)(h,h)+DG(xo)w∈露(aCxo).DG(xo)h)}c磺(知:^).设D2G(zo)(^,^)+DG(xo)w∈79(GCzo),DG(xo)h),贝Ud(G(xo)+tnDG(zo)h+t2n[DG(xo)w+D2V(xo)(h,h)]/2,C)=D(t:).令z。=£o+£。^+t:tlJ/2,Yn=G(xo)+tnDG(xo)h+t:[DG(xo)w+D2G(zo)(^,h)]/2,则d(鲰,C)=D(£:).因G是二阶连续可微函数,由二阶泰勒展式,a(z。)=Yn+D(t:),由局部误差界(1—15)式成立,对充分大的n,有d(x。,K)≤rd(G(岛。),C)≤川lG(z。)一聃川+rd(yn,G)=D(t:).这就证明了"∈瑶(zo,^).一stcllalwp@163.conl第9页,共35页毕业论文第二章无穷维空间中新的Faxkas型结果本章主要讨论的是无穷维空间中新的Farkas型结果,文献f20l中定理3,l在有限维空间证明了原问题和它的Lagrange对偶问题强对偶,以及其外部取最大值内部取下确界的Lagrange对偶问题和它的Fenchel对偶问题间的强对偶成立.但在无穷维空间中并未出现有相应的结果.本章即在无穷维空间中考虑此问题,提出了一个新的约束条件,利用文献【23l证明了在无穷维空间中原问题和它的Lagrange对偶问题强对偶性成立,再根据文献f24】中定理3.2在无穷维空间的Fenchel对偶问题的结果,证明了Lagrange对偶问题和它的Fenchel对偶问题间的强对偶成立,即本章的定理2.2.1,进而分别得到了在无穷维空间中有限个和无限个凸约束的不等式系统的新Farkas型结果,将文献【20】中的相关的结论做了推广,见参考文献f21][22],2.1基本知识首先,给出本章所要用到的定义和基本结果.设X是局部凸的拓扑向量空间,用x’表示它的对偶空间.K是x的一个非空凸子集,用cl(K),co(K)分别表示Ⅳ的闭包,凸包.相应地,用cone(K)=U^>oAⅣ和concco(K)=U^>oAco(K)分别表示由K生成的锥和凸锥.下面给出相对内部和强拟相对内部的定义:设K是x的一个非空凸子集,用riK和sqriK分别表示Ⅳ的相对内部和强拟相对内部,其定义如下:riK=扛∈affKt3e>0,扛+eB)n(affK)CK},其中B是单位球,affK表示J『f的仿射包.sqriK={z∈Klcone(K—z)是一个闭子空问).容易得出。sqriKCriK,此外,集合K∈x:指示函数矗:x一旯=RU{士o。},其定义如下:第lO页,共35页第二章无穷维空问中新的Farkas型结果眦):=偿:篡支撑函数口Ⅳ(r):x+一豆其定义如下:盯^.iz’):=supzEⅣ(z’,z).现在考虑函数,:X一豆.,的有效域(定义域)为:domf=扛∈x:f(x)<oo).f的上方图象为:epif={(z,r)∈X×R:,(z)≤r).,约闭包:clf(x)=lirainf”~,(分),它的上方图象是epif的闭包,即是epi(clfl=cl(epi/).称,是真的,若domf≠O,,(z)≠一oo,对任意。∈x.假设,:X一壳.共轭函数广:X+一兄(相对于耳)按如下方式定义:,‘(,)=sup{(z’,z)一f(x)lx∈K)以下是共轭函数的几个基本性质:0广是凸的和"+一连续的;9若f≤9.则g+S广;9f4=(clf)+;0若Q>0,(a,)+(z’)=n,’(n一1z+),Vz’∈X’;9若口≠0.(,(p))+=,+(/3—1z’):Vz’∈。Y’.定义2.1.1给定函数^,.,.,,m:x一盂.flN...口,m:x一詹^口…口厶(z)=inf{∑(^(z。)):∑(zt)=z),{=ll=l称为函数^,…,,m的卷积.定理2.1.1[91设,∈r(x),则广∈F+(x4),而且,”=(广)’=f.其中r(.、,).r.(x‘)分别表示一切真凸下半连续和"+一下半连续函数的全体.stellalwp心163.coin第11页.共35页毕业论文第二章无穷维空间中新的Fark∞型结果定理2.1.2设^(z)∈r(x),1≤i≤m,则(d(A)+…+d(,m))+=cl(.片口···口正),若ri(dom//)有一个公共点,i=1,…:m,则(2-1)(∑(五))’(p)=(,:口···口荒)(p)=inf{∑(r(n)):∑Pt=p).这里对每个矿∈X+其下确界可以达到.证明根据定义:(2—2)(^口…口厶)’∽=sup。{妇,z)一inf(∑(y,Cz,)):∑Xi=z)=sup。sup。。+…+。。:。{扫,z)一^(。1)一···一,k(zm))=supx。,.,。{(p,z1)+…+(p,z。)一,l(zi)一…一,m(zm))=.片白)+·一+扁(p).这蕴涵着如下等式:(片口…口.f:)+=片++···+篇=cl(f1)+···+cl(,m).因此.(d(^)+…+d(,"。))’=(片口-··口儡)”=el(片口·一口丘).若ri(domfi),i=1,…,m有一个公共点,根据【7】定理9.3,cl(,1)+…+cl(,仇)=cl(A+…+厶),通过定理2.1.1,后者的共轭就是(,l+…十,m)+.另一方面,由【7】推论16.2.2,在相同的条件下,片,...,展满足【7】推论9.2.1的假设,它保证(疗口…口扁)是闭的,在(疗口…口层)的定义下其下确界是可以达到的.●注2.1.1【7】中的定理9.3和推论16.2,2在无穷维空间中是成立的.【7I中的,l和f闭性可由^∈r(x)和疗∈F’(x‘)得到.推论2.1.1设^∈r(x),i=1,...,m,则m,nm印i((∑cl,I)+)=cl(∑epi(f)),%。∈int(Zd。m片),(2-3)i=1i=1t=l若ri(domfl),i=1,…,m有一个公共点,则仇mepi((∑五)‘)=∑epi(f)i穹li=1(2-4)毕业论文stellalwpC@163.coin第12页,共35页——苎三兰歪妻笙窒塑!堑塑垒!塑!型丝墨2.2Fenchel—Lagrange对偶问题本节中假设x,Y是局部凸的拓扑向量空间其对偶空间是x·,Y·.K是X的非空凸子集.Y被闭凸锥Qcy序化其序关系定义如下:YlSoY2,耽一可1∈Q,Vyl,珈∈Y类似于壳.考虑Y。=YU{士ooy},且满足4-ooy《K一∞y≤。Ⅳ≤。+∞',·坳∈y,特别地,由Q生成的序空间y,我们记为(V0).设(y.Q)是一个序化局部凸的拓扑向量空间,H:X—y。为一映射,称日是H(Ax+(1一A)可)≤oAH(x)+(1~A)日(暑,),№,Y∈X,vA∈(0,1).设y是由闭凸锥Q生成的序空间.g:X—y。是一个Q.凸映射,集0}是一个凸集.(P)inf=eef(x)G:={z∈—V19(z)≤o0)这里,是真凸多面体函数.XY_局垂PL(砌,2)::{m+口),。∈K,g(。)≤。z,L十。。,z∈“:9(z)>oz.雪每[.:X‘×X+×y+_旯垂h(矿,矿,z’)=suPxex,p∈x声∈y<(z’,z)+白‘,y)+(矿,z)一圣,L(z,Y,z)}=suP=eK,∥eX,g(z)兰。;f(z+,砷+(暑,‘,计+仁+,石)一,(z+可),r:乏。+Y·5:=名一9(力.第13页,共35页毕业论文9凸的,若C:={z∈KlgCx)<-e考虑广义的凸规划问题(P):为了得到(P)的Fenchel-Lagrange对偶问题,先介绍以弘2为扰动变鬣的扰动函数:西,L:X×X利用有限维空问中介绍的扰动方法(【25】),下一步计算垂儿的对偶函数:为了便于计算,以新的变量_5分别代替前面的变量玑z其定义如下stcnalwp@163.00Jll第二章无穷维空间中新的Farkas型结果于是上面的上确界可以分离为下面三个上确界的和西≥L(z‘,Y‘。‘):=sup,Eo(s,矿)+sup,∈x{(Ⅳ‘,r)一,(r)}+sup。∈Ⅳ{(z+一Y。,z)+(,,g(z)))Jf’(圹)一inL∈耳{(暑,’一z’,z)一(矿,9(z))},z’∈Q一,【+o。,矿#Q一.这里Q一:={旷∈Y’I:(Y’,z)≤0,Vz∈Q).众所周知,原问题(P)的对偶问题是:(DpL):supu.£x.,∈y.{一西≥£(o,Y’,2’)).改变变量的符号后,可得到:(DFL):SRPy.EX·.:·Eo+{一f+(Ⅳ+)+infz∈K{<y*,z)+(z+,g(z))))Q+={矿∈y’|:(Y’,Z)≥0,V。∈Q}=一Q一.即是,(DFL):supy.eX..,∈口+(一,+(p+)一0’g)≈(一Y’)}.显然,根据偶函数的构造,原问题(P)和对偶问题(DPL)间弱对偶是成立的,即原目标函数在任意一个可行点的函数值是大于或者等于其对偶目标函数在任意一个对偶可行点的函数值的.不同于弱对偶,强对偶(原问题和对偶问题的最优值是相等的.并且对偶问题(DFL)有一个最优解)在一般情形下是不成立的.为了避免这样的情况发生。给出一种约束条件保证强对偶成立.首先,分别用"(P)和v(DFL)表示原问题和对偶问题的最优值.现在提出约束条件:(cQ)存在f’∈sqriKndomf使得g(x)∈一intQ.定理2.2.1假设v(P)>一。。,满足(CQ),则(P)和(DFL)之间强对偶成立,即它们的最优值相等,并且对偶问题(DFL)有一个最优解.证明问题(P)可以写成以下形式:(尸)in毛E墨stcllalwpk@153.conl,'9(。)soof(X).毕业论文第14页.共35页第二章无穷维空问中新的Farkas型结果由[23】可得,存在尹∈Q+.使得Lagrange对偶成立,即是”(1p)-:m.∈aox+‘“f删nd姗彤(。)+(。+,9(。))】=1“f洲n概,[,(。)+(r,g(。))】.定义:.h:X_R№):={仨篙"’。x魍E贝lJK,I-式右端写成如下形式:u(P)=inf=∈x【,(z)+^扛)】.凼为sqriKndomf=sqri(domh)ndomf≠oo,由【24】定理3.2,存在牙+∈x+,使得:v(P)=maxx·∈x·[-f’(z+)一h’(一z+)】=-I’(扩)一h+(一矿)=-y+(茔+)一supx∈Ⅳ{一(z’,z)一,l(。)}=一,‘(孟‘)一supx∈Ⅳ{一(z’,z)一(尹,9(z)))=一,’(孟+)一(尹g)莨(一圣’).由I二式的右边,得出它是(DpL)在(孟+,矿)的函数值.根据弱对偶性.(D凡)的上确界在(矿,r)得到.因此,(矿,矿)是对偶问题的一个最优解.●注:2.1定理2.2.1先由(CQ)成立来证明了原问题和它的Lagrange对偶问题强对偶,再证明了其外部取最大值内部取下确界的Laga'ange对偶问题和它的Fenchel对偶问题问的强对偶成立.后者即是前面介绍的Fenchel-Lagrange对偶问题.2.3无穷维空间中有限个凸约束的Farkas型结果设^.是x的一个非空闭凸子集,I={1,.…m)为一指标集,y是由闭凸锥Q生成的序空间.1-:X一置是真凸函数.gi:X—y。是Q-凸函数.g:x。娶y5∑兰:::.兰兰,g(。)=(9·(z),…,鲕(。)),垤∈x-考虑凸优化问题:(P’)stcllalwpal63.coininf=∈c,(z),c:={z∈KIg(x)S口mo).第15Yi,共35页毕业论文第二章无穷维空间中新的Farkas型结果这里Q…=兀Q=9×..×Q,9(z)≤口m0,t=l’。。。、,‘’。一0铮吼(z)≤o”I类似上节的方法,得到(P’)的Fenchel-Lagrange对偶问题:(上);L)sup。.Ex。.,∈om+{一,’(g+)一(2‘9)≈(一z’)),这里0+9)p)=∑(0,毋(z)),矿=(z:….,东),才∈Q+,1Si≤mi=1mQ”+=nQ+=印+×···X’‘o。‘‘‘‘、,‘’’’1。一Qt.m下面给出这个问题的主要结果:定理2.3.1C勺条件成立,则下面两个结论等价:a)z∈K,9l(z)≤口o,Vl∈I=},(茁)≥0.(ii)存在牙+∈x’,j+∈Q”+,使得,’(z’)+(i+9)≈(一z’)≤0,证明(ii)号(t):设存在矿∈x‘,矿∈Q”+,使得广(矿)+(尹9)≈(一矿)≤0,即一,‘(孟‘)一(尹g)≈(一牙+)≥0.于是(D-L)的最优值v(D'pL)大于或等于0,由弱对偶"(一)必须大于或等于0.因此,对Vx∈D,吼(z)≤口0,Ⅵ∈I,有l(x)≥0,即(i)成立.(i)号(i≤):假设(i)成立,则口(,)≥0.因为约束条件(GQ)成立.由定理2.2,1,可得存在(矿,尹)∈X’xQ”+为(DFL’)的最优解,使得u(P,)=v(D"FL)=-I‘(£‘)一(E-"9)≈(一量’)≥0.结论得证.一注2.3.1由(ii)=争(i),约束条件(cQ)不是必要的,由定理2.3.1,可得出下面“二选一”定理:推论2.3.1设(CQ)成立,下面的不等式系统有解且不同时成立:(1)z∈K,gl(x)≤oo,V/∈I,,(z)<0.(2)1’(z‘)+(z+9)知(一z‘)≤0,z’∈x’,矿∈Q“+.命题2.3,1定理2.3,1中的(厕等价于:0∈epi(/’)+≥:epi((露肼)’)+epi(aK).(2-5)stellalwp@163.COIII第16页,共35页毕业论文第二章无穷维空间中新的Farkas型结果证明(ii)辛定理2.3.1:(Fg)≈(一i’)≤0.设矿∈X’,尹∈Q”+,使得广忙。)十首先假设5+=0,则,8(矿)+suPz∈K(一孟+,z)≤0.因此,口K(一孟’)=suPzEK《~牙’,z)≤一,+(王+).即(一孟’.一,+(孟+))∈epi(aK).所以有如下关系:0=(牙’,,+(牙’))+(一牙’,-f+(牙+))∈epi(f’)+epi(ag)∈epi(f+)+∑epi((5:gf)’)+epi(ah-).fE,当矿≠0时,‘={i∈I:露≠o)非空,另外,,,(孟’)+(尹9)k(一孟.)≤0,于是存在r∈R,使得厂@+)≤r≤-(5。夕)≈(一矿).所以.(牙‘,r)∈epi(,+),根据关于对偶函数集合K的定义,有:(一孟‘,一r)∈epi((j‘9)斋).。(2-6)(尹g)k(一z+)=sup。∈K{(z’,z)一j+g(z))=supxex{《z‘,z)一(j+g(x)+6Ⅳ(z)))=(矿g+如)’(矿),Vx+∈x+.这里矗是D的指标函数.显然(矿g)k=((尹g)‘+6Ⅳ)’.事实上,Ⅳ是一个凸集,则riK=ri(dom(69))非空.由推论2.1.1,就进一步得到:(一牙‘,一r)∈epi((5+g+啄))=epi((5+g)’)+epi((6K)+)由(2-4)式,得(2-7)一epi((5’g)+)=epi((Z薯吼)’)=∑epi((qi91)+)=∑epi(若91)’)=∑epi(Z,*91)+)iEl口iElq1El口iEl所以,由(2-6)式,(2-7)式和畋=O"K,得0∈epi(f‘)+∑epi((露玑)’)+epi(a,v)iElsteUalwp@163COin第17页,共35页毕业论文第二章无穷维空间中新的Farkas型结果定理2.3.1净(ii):令牙‘∈X+,r∈R,使得(矿,r)∈epi(f‘),(一孟。,一r)∈∑epi((零仇)‘)+epi(aK).于是可得:,’(矿)≤r.由推论2.2.1,可推得:(一牙。,一r)∈∑epi((暑吼)‘)q-epi(妖)=epi((∑((零吼)’)+epi(肥K)‘∈,=epi((g+9)’)+epi(k)‘)=epi((尹9)≈).即找至Ⅱ了(孟’,z’)∈x+XQ“+,使锝,‘(孟‘)+((矿9)+);f)玉(一孟’)≤r—r=0.推论2.3.2设矿∈x·,D∈R,(cQ)满足,则下面商个结论等价(i)z∈K,吼(z)≤o0,Vi∈,,=争(王’,z)≤Q.(ii)存在尹∈Q”,使得(j‘g);f(矿)≤n.证明构造函数f:X一矗,f(x):=Q一(矿,z).进而可得:“∽:=慨-I-oo;i二≥于是两者问的等价性由定理2.3.1,-I直接得到.■注2.3.2设,:x—,真,f(x)=a一位+,z),epif+={(一i+,一a)}+{o)×JR+由命题2.3.1,推论2.3.2中的(ii)变为:忙+,n)∈∑epi(嚣m)++epi(aK)+{01×R}.iE?又因为epi(aK)+{o)凰=epi(aK),于是有(矿,o)∈∑epi(5*gi)‘+epi(盯K).iEl注2.3.3重新考虑推论2.3.2.让K=X.则下面两个结论等价(i)x∈x,gi(x)≤口0,V/∈I,=}(孟。,z)≤Q。stdlalwp毽163.COnl第18页,共35贞毕业论文第二章无穷维空间中新的Farkas型结果(ii)存在三+∈Qm+,弓(乏。9)+(i。)≤o.因为epi(o'x)={0,×凰,(i)和(ii)等价于:(i+,o)∈∑cpi((五+g。)+)十{o)×尼l∈,(2—8)若矿≠0,(2-8)式还可等价地写为:(矿:n)∈∑epi((露91)+).iEI2.4无穷维空间中无限个凸约束的Farkas型结果假定X,y,K,gi,f与上节中的假设相同.,是任意的指标集G={z∈Xlg,(x)≤口0,Vi∈J,.考虑原始问题优化问题:(JP8)inf:∈cf(x)C:=KnG={z∈Ⅳfm(z)≤Q0,Vi∈J).假设C是非空的,利用G和耳的指标函数如,矗,P”可等价地写成:(P”)inf{f(x)+如(z)+6Ⅳ(z)Iz∈x)=-(f+如+5K)’(o)若ri(domf)nrignriK≠O,由(2-4)式,得(JPo。)的Fenchel对偶问题(D尹)sup《.。;ep{一f’(z:+z;)一略(一z:)一妖(一z;))有一个最优解以及(P”)和(07)的最优值相等,即∥(JP”)="(_D罗)注2.4.1广义Fenchel对偶问题(D笋),--fDA使用第三节中引入扰动函数的方法得到:垂PL:X×X×X一矗蚧水m小={“悯x+yL。x++。z阮EG,¥x戗El+oo.X,z+o仨“,¥∈^.stcllalwp(@163.corn第19页,共35页毕业论文第二章无穷维空间中新的Farkas型结果定理2.4.1假设ri(domf)nri(G)nri(K)≠0:下面两个结论等价:(i)x∈K,毋(z)≤口0,、屹∈,:亭,(z)≥0.(ii)存在z;,z;∈X+,使得,+(z:+zi)+配(一墨)+豫(一z;)≤0.证明(ii)=}({):令z:,z;∈X+,使得广(z;+z;)+略(一舛)+眩(一z;)≤0.于是推得广义Fenchel对偶问题的最优值r(D芦)大于或等于0,由弱对偶,原问题(尸。)的最优值v(e”)大于或等于0.因此,№∈C,(z)≥0.即(i)成立.(i)寿(ii):设(i)成立,则”(P。)≥0.因为正则条件成立,Ⅳ是闭凸集,则妖是真dh-F半连续,定理2.2.3保证了(D罗)最优解(z:,。;)的存在,使得v(P。o)=一(,+如+6Ⅳ)’(o)=-S’(z:+z;)一略(一z;)一6玉(一E)=u(D罗)≥0因此,(ii)成立.注2.4,2(ii)辛(t),条件ri(domS)nri(G)Ori(K)≠谚是不必要的.由定理2.4,1,我们得到一个“二选一”定理.一推论2.4.1设定理2.4.1中的正则条件成立.下面的不等式系统有解且不同时成立:(i)X∈K鲰(z)So0,Ⅵ∈I,f(x)<0.(il),’扛;+z;)+培(一z:)+眩(一z;)S0.V矿∈x+.定理2.4.2设h:X一旯是真凸下半连续的.0h(z)≠0,比∈C,C∈ri(domh).设ri(domS)nri(G)I"1ri(X)≠0.则下面两个结论等价:O)z∈K,肌(z)≤口0,Vi∈I=}^(z)一,(z)≤0,(ii)Vz’∈x+,使得,’(z’+z;+z;)+好(-x*1)+眩(一z;)≤,l’(矿).证明由文【9】定理2.3.4,有Vx∈e^(z)=d(^(z))=^++(z)=supz.Ex。{(z+,z)一^+(z+)).stellalwp@163.conl第20页,共35页毕业论文第二章无穷维空间中新的Farkas型结果则(i)可写为Vx’∈x’,Vz∈C,.r(z)一(X+,z)+旷(r)≥0由定理2.4.1,等价地可推得对任意矿∈X’,存在z:,z;∈X+(甚至假设^聿(矿)=+oo),使得sup。EX{(z;+z;,z)一,(z)一(X‘,z)+^’(z’),+绉(一z:)+嚷(一z;)S与0,‘(z++z:+z;)+蛄(一z:)+6玉(一z;)≤h+(z+)等价■最后考虑与定理2.4.2相同假设的情况下,f:X—R,,(z)=o,Vz∈X.上面的定理可得如下结果:定理2.4.3设h:X一旯是真凸下半连续的.ah(x)≠O,№∈C,c∈ri(domh).设ri(G)nri(^,)≠0.则下面两个结论等价:(i)z∈K,吼(z)SQo,、以∈,=争^(。)≤0.(ii)对任意矿∈X。,存在F∈X‘,使得扩(矿)≥略(矿+孟’)+6/<(矿).stclla]wp@163coin第21页,共35页毕业论文第三章非连续的广义拟变分不等式问题的解的存在性定理设E是实拓扑向量空间其共轭空间是E+,x∈F,x≠O,G:X一2x,F:x一2P是两个多值函数.广义拟变分不等式GQVI(X,F,G)Up:要找到(孟,函)∈X×E+,使得牙∈G(牙),乒∈F(牙),(9,牙一Y)≤0,坳∈G(牙).1997年,Cubiotti[38]不假设函数F的连续性,在有限维空间中,分别在条件(a)和条件(b)的情况下研究了广义拟变分不等式问题解的存在性.条件(a):对任意Y∈X,集合{z∈X:in0∈P(。)(妒,z一Ⅳ)≤o)是闭的.条件(b):对任意Y∈aff(x),集合{z∈X,inf,∈F(:)(妒,z—Y)S0)是闭的.Cubiotti[40】将Cubiotti[38]定理4.2在条件(a)的情况下的结果,由有限维延拓到无穷维赋范空间.本章利用Cubiotti[401的方法,在无需假设函数F连续性的情况下将Cubiotti[38]定理4.2在条件(b)的情况下的结果,由有限维延拓到无穷维空间,参见文献[411.3.1基本知识关于多值函数的基本结果,可以参考文献f42].给S和y是拓扑空间,圣:S一2y是一个多值函数.称垂:S一2y是在XO∈X下半连续的,若对任意开集Q∈V,垂(zo)nQ≠0,集合圣-(Q):={z∈S:垂(z)nQ≠0)是s中的zo一个领域.称壬是在X0∈X上半连续的,若对任意开集Q∈V,西(。o)∈Q,集合{z∈S:西(z)∈n}是s中zo的一个领域.称圣是在s中下(上)半连续,若它在s中的每一个点都是下(上)半连续的.垂的图像是集合{(z,Y)∈SXV:Y∈垂(z)).称垂有开下截口,若任意Y∈V,集合圣一({9})在S中是开的.第22页.共35页第三章非迁纹的J“义拟变分4i等式问题的解的有赴性定理容易得出,若垂有开_卜.截口,则圣在S中是下半连续的.而且,若垂有开下截口.ACV,则多值函数币A:S一2”定义如下:圣^(:r)=币(:c)nA,它在s中是下半连续的.以下用圣一(可)代替西一({可”.设(E,…IE)是实赋范空间.称多值函数西:S一2E是在。o∈SHausdorff下(上)半连续的,若任意e>0,存在S中一个zo的领域U,满足由(zo)∈垂(z)+B(0,E),Vz∈矿【中(z)∈m(zo)+B(0,e),Vz∈uI.这里B(O,e)表示E中以原点为心,半径为E的开球.称垂在S中是Hausdorff下(上)半连续,若垂在S中的每一个点z都是Hausdorff下(上)半连续的.称中是Hausdorff连续的,若垂既是Hausdorff下半连续又是Hausdorff上半连续.容易得出Hausdorff下半连续蕴涵着下半连续。上半连续蕴涵着Hausdorff上半连续,参见文献【42】【43】).若垂(z)是非空紧值的,则上述反过来的情况也真,参见文献f421的定理7.1.14.若A.B∈E非空,z∈E,r>0,B(x.r):=t“∈E:0Ⅱ一xllE<r)B(x.r):={“∈E:Ilu—z0Ed(.t.疗):=inf。eBIIx一“J|Ed’(A,B):=supv∈Ad(v.B)B(.4,r):={“∈E:d(“,A)<r)B(。4,r):={“∈E:d(u,A)≤r)用afl'(A)来表示』4的仿射包,定义如下Sr)a仃(.4)={∑A,z;:礼∈N,zi∈A,Ai∈兄,∑Ai=1)若.4∈M∈E,用intM(A)表示A关于^,的内部.若非空凸集A∈兄“,则intaff(』,A≠0.集y∈E称仿射流形,若存在z∈E,E的线性子空间丁,满足V=f+T.若A∈E,则撕(A)是包含A的最小的仿射流形.命题3.1.1【42】.设(E,¨tIlE)是一个实的赋范空间,x∈E,X≠0,西:X一2F是一个非空值的多值函数,zo∈X,则垂是在。oHausdorff下(上,stcllalwpnl63coin第23页,共35页毕业论文第三章非连续的广义拟变分不等式问题的解的存在性定理半连续当且仅当对x中收敛于zo的任意一个序列{z。},有lira矿(圣(zo),西(z。))=0.【limd.(垂(z。),西(如))=01.命题3.1.2【39】.设(E,”lIE)是一个实的赋范空间,x∈E,x≠口,垂:X一2E是一个非空值的Hausdorff下半连续的多值函数,盯>0,则多值函数z∈X一且(西(z),仃)∈E有开下截口.口>0,则B(A,口)和B(A,口)都是凸的,且B(A,口)=百丽.数z∈X一雪(垂(z),口)∈E在X×E中有闭图像.命题3.1.5命题3.1.3【39】.设(E,¨.怯)是一个实的赋范空间,A£E,A是非空凸的命题3.1.4【40】.设(E,0·IIF)是一个实的赋范空间,x£E,X≠O,垂:X一22是一个非空值的Hausdorff上半连续的多值函数,口>0,则多值函f39】.设s是一个拓扑空间,(E.”陆)是一个实的赋范空间.y是E的仿射流形,垂:S一2”是一个具有非空闭凸值的Hausdorff下半连续的多值函数:给i∈s,口∈in沁睁(i)),则存在s中i的一个领域U,满足雪∈intv(A。∈【,圣(s)).3.2广义拟变分不等式问题的解的存在性定理3.2.1设(E,”II£)是一个实的赋范空间.x是E闭凸的子集.G:X一2x,F:X一2P是两个多值函数.Kl,鲍是x的两个非空紧子集,满足虬∈恐,Kl是有限维的,r>0,假设:(1)对任意z∈X,集合F(z)是非空10’.紧的;对任意z∈x,当d(x,G(。))<r时,集合F(x)是凸的;(2)对任意Y∈aff(x).集合{z∈x:infp∈F(耐(‰z—Y)≤o)是闭的;(3)G是具有非空闭凸值的Hausdorff连续的多值函数;(4)对任意z∈X,a(x)AKl≠O;(5)对任意z∈/(2,当d(z,G(z))<r时,有int。a(x)G(x)≠O;stcllalwp(@163,com第24页.共35页毕业论文第三鲞非迕续的广义拟变分不等式问题的解的存在性定删(6)对任意£∈X\K2,d(x,G(z))<r,对任意_,,∈wCx),有sup蚱G拉)nKl和,.r—Y)>0,则存在(牙.乒)∈K2×E‘,它是问题aQvi(x,G,F)的解.证明{r。)是~递减的正实数序列,满足F1<r,lim.%=0.(3-1)固定n∈N,多值函数(k:X一2E定义如下:G。(z):=BCa(z),h),Vz∈x.由假设(3),命题3.1.2和命题3.1.3得,多值函数Gk有开下截口和非空凸值.r是包含Ⅳ-的E所有有限维线性子空间的族.固定S∈r,多值函数G::xns_2XnS定义如下:碟(z)=G。(z)n.xns函数J:E’一P定义如下:(‘,(妒),札):=(妒,“),V妒∈E‘,“∈曼函数尹:XnS一2r定义如下:F(x):=J(F(z)),、,z∈xns得到下面的结果:(Ⅱ)XnS包含Ⅳ1,所以它是非空闭凸的.由命题3.1.3和命题3.1.4得,多值函数z∈X_丽=雪(G(z),%)∈E具有闭图像和凸值.由此得,G:也是具有闭图像和凸值的,且对任意z∈X,由假设(4).有(b)G::xnS一2xm是具有闭图像和非空凸值的下半连续多值函数.G(z)nxns2a(z)nKl≠0.因此,对任意z∈x固定r∈X.有nS,G:是非空的.下面证明,G:是在xns下半连续的,事实上.选择丽nxns£石i石了Fl丽.(3-2)Y∈丽nxnS.第25页,共35页由假设(4)知,存在u∈a(z)nKl∈a(x)nxnS,有1‘∈intFa.(x).stellalwp@163.coin毕业论文第三章非迕续的广义拟变分Hi等式问题的解的存在性定删若u=Y,则Y∈a(x)f-IXnS∈a(x)n.xnS.若¨≠Y,由文【44】中的定理1.10(b),有】“,掣f:={A“+(1一A)y:Ae]o,1【)∈G。(z)由凸性,得1口,爹【∈G。(z)nXnS,有Y∈G。(z)nXnS.因此,(3-2)式成立.因相反的包含关系成立,有G。(z)nxnS=G。(z)n.YnS,Vz∈x.续.(3-3)因多值函数G,n有开下截口,多值函数z∈X—G。(z)nXnS在X中下半连由文【42】命题7.3.3知,多值函数z∈X—G_(z)nxns在x中下半连续.再由(3.3)式,多值函数G:在xns中是下半连续.(c)对任意z∈XnS,aff(G:(z))=aff(Xns).固定z∈XnS,因Gk(z)ns在s中是开的.由假设(4)得,(G。(z))ns)n(xnS)≠O.由【38】命题2.1,有则aff(a。(z))nXnS)=afr(Xns).ns),aff(XnS)=aff(G。(z))f"lXnS)≤a抒(G:(z))∈aff(Xns).因此撕(G:(∞)=aff(X(d)对任意z∈XnS,集合P(x)是非空紧值的;对任意z∈xnS,z∈G:(z)集合F(z)是凸的.直接由假设(1)和P的定义,若z∈G:(z),则d(z,G(z))≤rn<r.(e)对任意Y∈aff(Xns),集合{。∈XnS:inf西P(:)《9,z—Y)≤o)是闭的.事实上,由假设(2)知,{z∈Xinfp∈,扛)(仍z—Y)≤o)是闭的.nS:inb∈户《。)◇,£一Y)≤o}=扛∈XnS:(,)集合^,2ns是紧的,对任意z乏X(g)对任意。∈(XnS,碟(z)n(j幻nS)≠O.对任意z∈xnS,由假设(4)知,G:(z)n(K2ns)2a(x)nKl≠g.nS)\(鲍ns),z∈G:(z),任意≯∈户(z),存在Ⅳ∈碟(。)n(鲍nS)=碟(。)n鲍,满足(9,z一,)>0.stcllalwp@163,COnl第26页.共35页毕业论文第三章非连续的J‘义拟垒分小等式『aj题的解的存在性定理对任意∞∈(XnS)\(K2nS),z∈G:(z),固定庐∈户(z),有z∈(XnS)\K2.事实上,若z∈K2,因z∈S,有:c∈%nS与z∈(xnS)\(%nS)矛盾.此外,有d(x,G(z))≤I"n<r.令妒∈F(z)且满足驴=J(妒).由假设(6)知,存在Y∈G(z)nKl∈c噜(司n,已,满足当然,由z,Y∈S,蕴涵(妒,z—g)>0.(驴,z一可)>0,再电文【38l中定理4.2,存在zs∈XnS,西∈户(zs),满足zs∈G:(zs).(≯s,zs—Y)≤o,V可∈G害(zs).让ps∈F(xs)满足西=J(蛐),由(3-4)式,有d(xs,G(zs))srn,(妒s,zs—Y)s0,Vy∈G:(zs).(3-5)(3_4)所以,对固定的S∈F,找到了zs∈xns,似∈F(zs)满足(3-5)式.由假设(6),有对任意s∈F,zs∈鲍.现在:考虑网{zs)sm这里r是由寻常集合包含关系“∈”所定义的序.(6)中提到,多值函数z∈X一丽在XzsE因如是紧的,网{Ts's∈r有一个聚点矗∈K2(固定n∈Ⅳ).在结论x晶有闭图像.对任意S∈r,(3-6)G‰(zs),得靠∈G。(磊)有d(牙。,G(i。))≤r。.令M:=艇(X).由(3-6)式和假设(5),有intM(G(2。))≠O.于是可得(3_7)infP∈Fi-*。)(妒,牙。一9)≤0.Vy∈intM(a(孟。)),用反证法证明:设存在i∈intM(C(i:。))满足inf,acF(f.I(“厶一动>0,由命题3,1.5,存在盯>0.满足雾∈intM(N。∈口(王。,,)nxG(z)).通过(3-8)式和假设(2)知,存在6e]o.口【,满足(3-8)(3-9)口(岳n,cr)nx∈{z∈X:infp∈,仁J(妒,王一雪)>o}.(3-10)令S1∈F满足i∈s1,令s2∈F满足&∈岛,¥岛∈口(牙。,矿).由(3.9)式,有stcUalwp@163,tom9∈a(zs,)n岛∈G争(。&).第27页,共35页毕业论文第三章非连续的广义拟变分不等式问题的解的存在性定理由浯5)式可得(妒函,。岛一口)冬0.(3-11)然而,由(3-10)式有inf9eF(ZS2))(妒,。岛一雪)>0.因此,(妒&,XS.z一百)>0.这与(3-11)式矛盾.因此,(3-7)式成立.前面已经证明了,对任意佗∈N,存在孟。∈K2满足(3-6)式和(孓7)式,现在,考虑序列{孟。).因鲍是紧的,存在子序列仍记为%收敛于一点牙∈尬,Vn∈N,d(王。,G(牙))≤d(孟。,G(孟。))+d’(G(孟。),G(牙))≤rn+d+(G(牙。),G(孟)).由p1)式,假设(3)和命题3.1.1,因函数d(·,G(z))是连续的,得d(z,G(孟))S0.由G(牙)是闭的,得孟∈G(孟),通过假设(5),有intM(G(i))≠O.则inf妒∈P(i)(妒,牙一Y)≤0,Vy∈int^f(G(牙)).(3-12)用反证法证明:设存在雪∈intM(C(牙))满足infpeP(动(妒,孟一雪)>0.(3-13)通过命题3.1.5,存在(>0,满足雪∈intM(N:∈B忙,。)nxG(z)).(3-14)由(3-13)式和假设(2)知,存在E‘E]o,E【满足B(牙,,)nx∈{z∈x:inf妒∈F(。)(_P,z一哥)).(3-15)选择矿∈N,满足ll孟。。一划<f.由(3-14)式,得雪∈intM(G(孟。.)),因此,由洚7)式,有infp∈F(i。.)(讧孟。·一哥)≤0.然而,由(3-15)式,有infp∈P(i。.)(纪牙。.一口)>0.矛盾.所以,(3-12)式成立.已经找到一点i∈K2满足量∈G(牙),supucintMG(i)inf妒∈F忙)(妒,孟一Y)≤0t由文【45】中的定理5,假设(1)和假设(3),存在9∈F(孟)满足sup,eint村(G扣))(9,牙一掣)=inf妒eg(s)suPyEintM(G(。))(妒,孟一Y)=supy∈int村(G扛))infp∈尸忙)(妒,孟一Y)≤0.这蕴涵着sup,eG(。)妇,孟一Ⅳ)≤0.■steUalwp(氆163.coril第28页,共35页毕业论文参考文献【1】DingXie-pingNaturalMaximalelementsofGF-majorizedcorrespondencesandequi—onlibriaofabstracteconomdiesG—conwexspaces[J].JSichuanNormalUniv:Science,2003.26(6):555-565.problemswithapplicationstoinfiniteoptNSichuanNormalUniv:NaturalScience,【2】DingXie-ping.Quasi·equilibriummizationandconstrainedgames旧.J2000,23(1):1-6.【3】WangXin-guo.Optimalityconditionsforgenerafizedwith(p’r)一Invexity[J].J66-69.fractionalprogrammingSichuanNormalUniv:NaturalScience,2005,28(1):【4JGowdaM.S.,TeboulleM.Acomparisionofconstraintqualificationsininfinite-dimensionalconvexprogramming[J].SIAMJ,ControlandOptimiza-tion,1990.28:925-935.【5】MaurerH.,ZoweJ.Firstandsecond-ordernecessaryandsufficientoptimalityinconditionsinfinite-dimensionalprogrammi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作者:
学位授予单位:
刘小兰
四川师范大学
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