单选题(共25题,50.0分)题到说明:判断下列集合是否为凸集?1. 2.0分)集合C=(x,y)in R^2|x+yge 1,xge 0,yge 0是否为凸集?A. 否B. 是
A. 否
B. 是
题目解答
答案
解析
本题考查凸集的定义及判断方法。解题思路是根据凸集的定义,对于集合$C$中的任意两个点$\mathbf{x}_1$和$\mathbf{x}_2$,以及任意的$\lambda\in[0,1]$,判断$\lambda\mathbf{x}_1+(1 - \lambda)\mathbf{x}_2$是否仍属于集合$C$。
设$\mathbf{x}_1=(x_1,y_1)$,$\mathbf{x}_2=(x_2,y_2)$是集合$C$中的任意两个点,即满足:
$\begin{cases}x_1 + y_1\ge 1\\x_1\ge 0\\y_1\ge 0\end{cases}$和$\begin{cases}x_2 + y_2\ge 1\\x_2\ge 0\\y_2\ge 0\end{cases}$
对于任意的$\lambda\in[0,1]$,考虑点$\mathbf{x}=\lambda\mathbf{x}_1+(1 - \lambda)\mathbf{x}_2=(\lambda x_1+(1 - \lambda)x_2,\lambda y_1+(1 - \lambda)y_2)$。
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判断$x + y$是否大于等于$1$:
$x + y=\lambda x_1+(1 - \lambda)x_2+\lambda y_1+(1 - \lambda)y_2$
$=\lambda(x_1 + y_1)+(1 - \lambda)(x_2 + y_2)$
因为$x_1 + y_1\ge 1$,$x_2 + y_2\ge 1$,且$\lambda\in[0,1]$,所以$\lambda(x_1 + y_1)\ge\lambda$,$(1 - \lambda)(x_2 + y_2)\ge 1-\lambda$。
则$\lambda(x_1 + y_1)+(1 - \lambda)(x_2 + y_2)\ge\lambda+(1 - \lambda)=1$。 -
判断$x$是否大于等于$0$:
$x=\lambda x_1+(1 - \lambda)x_2$
因为$x_1\ge 0$,$x_2\ge 0$,且$\lambda\in[0,1]$,所以$\lambda x_1\ge 0$,$(1 - \lambda)x_2\ge 0$,则$x=\lambda x_1+(1 - \lambda)x_2\ge 0$。 -
判断$y$是否大于等于$0$:
$y=\lambda y_1+(1 - \lambda)y_2$
因为$y_1\ge 0$,$y_2\ge 0$,且$\lambda\in[0,1]$,所以$\lambda y_1\ge 0$,$(1 - \lambda)y_2\ge 0$,则$y=\lambda y_1+(1 - \lambda)y_2\ge 0$。
综上,对于集合$C$中的任意两个点$\mathbf{x}_1$和$\mathbf{x}_2$,以及任意的$\lambda\in[0,1]$,$\lambda\mathbf{x}_1+(1 - \lambda)\mathbf{x}_2$都属于集合$C$,所以集合$C$是凸集。