数学选读02:凹凸性

如题所述

让我们深入理解经济学中的数学概念——凹凸性,它不仅涉及单变量和双变量函数的细腻定义,还有线性、正负关系以及它们的性质交织。让我们从基础出发,线性函数是特殊的,它既是凹函数又是凸函数,但需注意,这种非严格性是关键区分点。


单变量的分类清晰明了:(a)函数是严格凹的,意味着一阶导数在任何点都递减,(b)严格凸则相反,一阶导数递增。双变量的严格凹性更加微妙,它揭示了函数曲率的深度。当我们探讨函数和时,线性函数的特性尤为有趣:它们并非严格凹凸,而凹函数的相反函数恰好是凸函数,反之亦然。


更进一步,我们有函数和定理:(3-1)凹凸函数的和依然遵循凹凸规则,(3-2)当至少有一个是严格时,和函数会成为严格凹凸。在Chiang & Wainwright和Gravelle & Rees的著作中,图11.9、9.5、11.6和11.7提供了生动的视觉辅助,帮助我们理解这些概念。


让我们聚焦在凸函数的性质上,Mas-Colell在定理M.C.1中给出了关键定义:如果函数可微且满足(M.C.4)的凹性要求,那么严格凹性意味着不等式为strict。凹函数的直观特征在于其切线永远位于图像之上,相反,凸函数则相反。


而对于二阶条件,二次可微函数的凹凸性通过二阶偏导数的符号判断,简单明了:凹函数的二阶导数恒小于0(<0),严格凹则0),严格凸则>0为恒成立的特性。


实际应用中,我们可以通过导数来检验函数的凹凸性,例如,一个函数如果是凹的(<0),那么它就是严格凹的(0),则它是严格凸的(>0恒成立)。


现在,让我们通过练习题2-2-2,将理论知识付诸实践,运用一阶微分和基本定义来验证函数的凹凸性。


最后,如果你对凹凸性有更深入的兴趣,不要错过Mr Figurant的数学选读03,那里有更丰富的拟凹凸性内容等待你的探索。

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