Кіріспе
Математикалық жиынтық оң сызықтық комбинациялар бойынша жабық. Сызықтық алгебрада конус – кейде басқа типтегі конустардан ажырату үшін сызықтық конус деп аталады – векторлық кеңістіктің оң скалярлық көбейтуге қатысты жабық ішкі жиыны; яғни, C конусы болса, әрбір A үшін де сақталады. Конус дөңес болуы міндетті емес, тіпті Евклид кеңістігінде конус сияқты көрінбеуі мүмкін. Егер скалярлар нақты сандар немесе реттелген өрізге жатса, конус деп оң скалярға көбейтуге қатысты жабық векторлық кеңістіктің ішкі жиынын айтады. Осы контексте, дөңес конус – қосуға қатысты жабық конус, немесе эквивалентті түрде, оң коэффициенттері бар сызықтық комбинацияларға қатысты жабық векторлық кеңістіктің ішкі жиыны. Осыдан дөңес конустар дөңес жиындар екені шығады. Бұл мақалада тек реттелген өріздегі скалярлар жағдайы қарастырылады.
In linear algebra, a cone—sometimes called a linear cone for distinguishing it from other sorts of cones—is a subset of a vector space that is closed under positive scalar multiplication; that is, C is a cone if implies for every A cone need not be convex, or even look like a cone in Euclidean space. When the scalars are real numbers, or belong to an ordered field, one generally calls a cone a subset of a vector space that is closed under multiplication by a positive scalar. In this context, a convex cone is a cone that is closed under addition, or, equivalently, a subset of a vector space that is closed under linear combinations with positive coefficients. It follows that convex cones are convex sets. In this article, only the case of scalars in an ordered field is considered.
Анықтама
Егер C-дегі әр x және F реттелген өрісіндегі оң скаляр α үшін көбейтінді αx C-де болса, онда F реттелген өрісі бойынша V векторлық кеңістігінің C жиыны конус (немесе кейде сызықтық конус) болып табылады. Кейбір авторлар конусты скаляр α барлық теріс емес скалярлар бойынша (барлық оң скалярлар емес, 0-ді қамтымайды) анықтайтынын ескеріңіз. C конусы конустық болып табылады, егер C-дегі кез келген оң скалярлар α, β және кез келген x, y үшін αx + βy C-ге жататын болса. C конусы конустық болып табылады, егер және ғана егер C + C ⊆ C болса. Бұл ұғым рационал, алгебралық немесе (көбінесе) нақты сандар үстіндегі кеңістіктер сияқты "оң" скаляр ұғымын қабылдайтын кез келген векторлық кеңістік үшін мағыналы. Сондай-ақ, анықтамадағы скалярлар оң деп есептеледі, яғни бастапқы нүкте міндетті түрде C-ге жата бермейді. Кейбір авторлар бастапқы нүктенің C-ге жататынын қамтамасыз ететін анықтама қолданады. Егер C дөңес конус болса, онда кез келген оң скаляр α және C-дегі кез келген x үшін вектор дөңес конус C – сызықтық конусқа жатады. Осыған байланысты, дөңес конус сызықтық конустың ерекше жағдайы болып табылады. Жоғарыдағы қасиеттен көрініп тұрғанындай, дөңес конус дөңес комбинациялар немесе жай ғана қосылу арқылы жабылатын сызықтық конус ретінде де анықталуы мүмкін. Қысқасы, C жиыны дөңес конус болып табылады, егер және ғана егер кез келген оң скаляр α үшін αC = C және C + C = C болса.
A cone C is convex if and only if C + C ⊆ C.
This concept is meaningful for any vector space that allows the concept of "positive" scalar, such as spaces over the rational, algebraic, or (more commonly) the real numbers. Also note that the scalars in the definition are positive meaning that the origin does not have to belong to C. Some authors use a definition that ensures the origin belongs to C. Because of the scaling parameters α and β, cones are infinite in extent and not bounded. If C is a convex cone, then for any positive scalar α and any x in C the vector It follows that a convex cone C is a special case of a linear cone. It follows from the above property that a convex cone can also be defined as a linear cone that is closed under convex combinations, or just under additions. More succinctly, a set C is a convex cone if and only if 1=αC = C and 1=C + C = C, for any positive scalar α.
Мысалдар
V векторлық кеңістігі үшін бос жиын, V кеңістігі және V-тің кез келген сызықтық кіші кеңістігі – дөңес конус. Векторлардың шекті немесе шексіз жиынтығының конустық қабығы – дөңес конус. Дөңес жиынның жанама конустары – дөңес конустар. Жиын конус болып табылады, бірақ дөңес конус емес. Нормалық конус – дөңес конус. Бір векторлық кеңістіктегі екі дөңес конустың қиылысы қайтадан дөңес конус болып табылады, бірақ олардың бірігуі дөңес конус болмауы мүмкін. Дөңес конустар класы кез келген сызықтық түрлендірулер бойынша да жабық. Атап айтқанда, егер C дөңес конус болса, онда оның қарама-қарсысы да дөңес конус болады және ол C-де қамтылған ең үлкен сызықтық кіші кеңістік. Оң жартылай анықталған матрицалар жиыны – дөңес конус. Оң белеулі үздіксіз функциялар жиыны – дөңес конус.
The set of positive semidefinite matrices. The set of nonnegative continuous functions is a convex cone.
Бір-біріне ұқсас құрғақ конустар
Аффиналық дөңес конус – дөңес конусқа аффиналық түрлендіру қолдану нәтижесінде алынған жиын. Көрінетін мысал – дөңес конусты p нүктесімен жылжыту: p + C. Техникалық тұрғыдан алғанда, мұндай түрлендірулер конус емес нәрселерді де тудыруы мүмкін. Мысалы, егер , p + C сызықтық конус болмайды. Дегенмен, бұл аффиналық дөңес конус деп аталады.
Жартылай бос орындар
(Сызықтық) гипержазықтық – f векторлық кеңістіктегі V сызықтық функционалы түріндегі жиын. Жабық жарты жазықтық – немесе түріндегі жиын, ал ашық жарты жазықтық қатаң теңсіздіктерді қолданады. Жарты жазықтықтар (ашық немесе жабық) – аффиндік дөңес конустар. Сонымен қатар (шектелген өлшемділікте), егер C конусы V кеңістігінің толық бөлігі болмаса, онда ол V кеңістігінің кейбір жабық жарты жазықтығына кіруі керек; бұл Фаркас леммасының ерекше жағдайы.
Рационалды конустар
Таза математиктер үшін ерекше қызығушылық туғызатын конустың бір түрі – рационалды конустардың ішінара реттелген жиынтығы. "Рационалды конустар торикалық алгебралық геометрияда, комбинаторлық коммутативтік алгебрада, геометриялық комбинаторикада және бүтін сандық бағдарламалауда маңызды объектілер болып табылады". Бұл объект конустарды решетка A-мен бірге зерттегенде пайда болады. Конус, егер оның генераторларының барлығы бүтін сандық координаталарға ие болса, рационалды деп аталады (мұнда жоғарыда анықталғандай "төбелі" деп есептейміз), яғни егер конус рационалды болса, онда .
Қасиеттері
Егер С – Х кеңістігіндегі бос емес дөңес конус болса, онда С конусының сызықтық жабылуы С + С-ге тең, ал С конусында орналасқан Х кеңістігінің ең үлкен векторлық кіші кеңістігі С ∩ (−С)-ге тең.
Қисық конуспен анықталған ішінара тәртіп
Нүктелі және айқын дөңгелек конус C, V жиынында "≥" ішінара реттілік қатынасын тудырады, яғни егер және тек егер (конус жазық болса, осы анықтама тек алдын ала реттілік береді). Осы реттілік бойынша жарамды теңсіздіктердің қосындылары және оң скалярлық еселіктері жарамды теңсіздіктер болып қалады. Мұндай реттілікке ие векторлық кеңістік реттелген векторлық кеңістік деп аталады. Мысалдарға нақты мәнді векторлар бойынша өнімдік рет және оң жартылай белгілі матрицалар бойынша Лоунер реті жатады. Мұндай реттілік жартылай белгілі бағдарламалауда жиі кездеседі.