W. S. Tang
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7KêÆÄ:
U9ÆXÚó§ïĤ
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2012.6.25
W. S. Tang
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
½Â1.1: ([à¼ê)½Â3à8X ⊂ Rnþff¢Ł¼êf¡´
[àff,XJé?¿x1 ∈ X , x2 ∈ XÚ�q1,q2 ∈ [0, 1],k
f (q1x1 + q2x2) ≤ max(f (x1), f (x2)).
XJ−f´[àff¼ê,Kf¡´[]¼ê.�d/k:
½Â1.2: ([]¼ê)½Â3à8X ⊂ Rnþff¢Ł¼êf¡´
[]ff,XJé?¿x1 ∈ X , x2 ∈ XÚ�q1,q2 ∈ [0, 1],k
min(f (x1), f (x2)) ≤ f (q1x1 + q2x2).
w,,z¢Łà(])¼êÑ´[à(])ff,�Ø,.
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'u[à¼êke�(Ø.
½n 1.1
�f´½Â3à8X ⊂ Rnþff¢Ł¼ê,Kézα ∈ R, fffY
²8S(f , α) = {x ∈ X : f (x) ≤ α}Ñ´à8ff¿©7^
f´[à¼ê.
y²:�ézα ∈ R, S(f , α)Ñ´à8.-x1 ∈ X , x2 ∈ X ,
α¯ = max(f (x1), f (x2)),K
x1 ∈ S(f , α¯), x2 ∈ S(f , α¯),
ÏS(f , α)´àff,¤±é?¿�qk
(q1x1 + q2x2) ∈ S(f , α¯).
Ïd, f (q1x1 + q2x2) ≤ α¯ = max(f (x1), f (x2)).
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,-S(f , α)´fff?¿Y²8.ex1 ∈ S(f , α),
x2 ∈ S(f , α),K
f (x1) ≤ α, f (x2) ≤ α.
Ïf´[àff,k
f (q1x1 + q2x2) ≤ q1f (x1) + q2f (x2) ≤ α,
Ï
q1x1 + q2x2 ∈ S(f , α).
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3�g¼êff/, Arrow!EnthovenÑ
^¼êff
\>Hesse
ff1�ªL«ff3RnffKþ[à5ff¿©
7^.ù
^�5dFerland*¿�à8þff¼ê.
�g¼êf3:x ∈ Rn?ff\>Hesse
½Â
H (f , x) =
0 ∂f∂x1 · · ·
∂f
∂xn
∂f
∂x1
∂2f
∂x1∂x1
· · · ∂2f∂x1∂xn
...
...
. . .
...
∂f
∂xn
∂2f
∂xn∂x1
· · · ∂2f∂xn∂xn
.
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¼êfff\>Hesse
ffkffi^SÌfªDk(f , x)½Â
Dk(f , x) = det
0 ∂f∂x1 · · ·
∂f
∂xk
∂f
∂x1
∂2f
∂x1∂x1
· · · ∂2f∂x1∂xk
...
...
. . .
...
∂f
∂xk
∂2f
∂xk∂x1
· · · ∂2f∂xk∂xk
, k = 1, 2, · · · ,n.
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XJ8ÜX ⊂ RnäkffSÜ,¡§¢%ff.¼êf3
¢%à8X ⊂ Rnþ[àff7^:ézx ∈ Xk
Dk(f , x) ≤ 0, k = 1, 2, · · · ,n.
aq/,ef3¢%à8X ⊂ Rnþ´[]ff,Kéz
x ∈ Xk
(−1)kDk(f , x) ≥ 0, k = 1, 2, · · · ,n.
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,Ä3¹à8X ⊂ Rnffm8þff�gëY
ff¢Ł¼êf .
eézx ∈ Xk
Dk(f , x) < 0, k = 1, 2, · · · ,n,
Kf3Xþ´[àff.
eézx ∈ Xk
(−1)kDk(f , x) > 0, k = 1, 2, · · · ,n,
Kf3Xþ´[]ff.
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½Â1.3: (r[à¼ê)½Â3à8X ⊂ Rnþff¢Ł¼êf¡
r[àff,´é?¿x1 ∈ X , x2 ∈ X , x1 6= x2Ú?¿
�q1 > 0, q2 > 0, q1 + q2 = 1,k
f (q1x1 + q2x2) < max(f (x1), f (x2)).
½Â1.4: (î[à¼ê)½Â3à8X ⊂ Rnþff¢Ł¼
êf¡î[àff,´é?¿x1 ∈ X , x2 ∈ X ,
f (x1) 6= f (x2)Ú?¿�q1 > 0, q2 > 0, q1 + q2 = 1,k
f (q1x1 + q2x2) < max(f (x1), f (x2)).
aq/Ñr[]¼êÚî[]¼êff½Â.
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éuù«r[àÚî[àff¼ê,dþã½Âá=�Ñe
ã(J.
½n 1.2
½Â3à8X ⊂ Rnþffr[à¼êf ,õ3:�§3X þ
ff4�Ł.
½n 1.3
�f´½Â3à8X ⊂ Rnþffî[à¼ê, x∗ ∈ X´fff
ÛÜ4�Ł:,Kx∗´f3X þff�N4�Ł:.
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�f : Rn → R1,î[]¼ê,¡Er = {x�Rn | f (x) = r}
f ff�Ł¡.
½n 1.4
�S ⊂ Rnà8,ëY¼êf : S → R1´î[]¼êff,
�
=�éf ff?¿�Ł¡Er ,�x1, x2 ∈ Er
x1 6= x2,k
f (x1) < f (z),∀z ∈ (x1, x2),
Ù¥(x1, x2)L«ë�x1x2ü:ffmã,=
z ∈ (x1, x2)⇔ z = λx1 + (1− λ)x2, 0 < λ < 1.
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y²: Iy²�^÷v, f7î[]ff.
b�(ØØý,=3éx, y ∈ S, f (x) < f (y),3m
ã(x, y)þk:z¦�
f (z) 6 f (x) < f (y),
dfffëY5:3w ∈ [z, y),¦�f (w) = f (x),=wx3
Ó�Ł¡þ,
w 6= x, z3ã[x,w)þ,b�^k
f (z) > f (x),
gñ. ¤±, fî[]ff.
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
½Â2.1: ½Â3ãÀmRnþff��'X�¡ Ð'X,
´§÷vXe^:
(1)fi5:é?¿x ∈ Rn, x � x;
(2)D45:�x � y, y � z,Kkx � z;
(3)��5:é?¿x, y ∈ Rn,Kx � y½öy � x.
ùp“x � y”ÖŁ“y�Úx�Д.
XJx � y
y � x,KÖŁ“xyÃ�O”,¿PŁx ∼ y.
XJx � y�x ∼ yؤá,KÖŁ“y'xД,¿PŁx ≺ y.
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½Â¥ffn^qk²wff*)º,AO´��5L²,
Ð'X(½
mRnfffiS'X,=e�/:
x ≺ y, x ∼ y, y ≺ x
7L
Uk«¤á.
æ^8ÜØ.^ff{,ézx¯ ∈ Rn±½Â�da
Ex¯ = {x ∈ Rn | x ∼ x¯},
KRn�y©¤pØ�ff�da.
Ð'X´«S'X,J±ëE,ffêÆín.
k
�ff¦^êÆóä,<Ú?
y Ð'Xff¼ê.
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½Â2.2: ��´½Â3mRnþff Ð'X,¡¢Ł¼
êu : Rn → R´Ly Ð'X�ff�^¼ê,´x � y�
=
�u(x) 6 u(y).
w,, x ∼ y�
=�u(x) = u(y); x ≺ yK�d
uu(x) < u(y).
éu,(½ff Ð�,Ly§ff�^¼ê¿Ø´ff.�¼
êρ : R → R´î4Off,XJu(x)´Ly Ð�ff�^¼ê,
Kρ(u(x))½,.
é�^¼êu(x)Ú?�Ł¡
Eq = {x ∈ Rn | u(x) = q},
¡§Ã�O¡.
��q = u(x¯),Ã�O¡EqÒ´c¡¤ãff�daEx¯ .
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�^¼êffëY5,·Ú?Xe½Â.
½Â2.3: (ëY5)½Â3mRnþff Ð'X�¡ëYff,
XJé?Ûx ∈ Rn,8Ü
U+(x) = {y ∈ Rn | x � y}
Ú
U−(x) = {y ∈ Rn | y � x}
´Rn¥ff48.
½�d/: {x | x < y}Ú{x | y < x}m8.
½Â2.4: (üN5)��´½Â3mRnþff Ð'X.¡
Ð'X�´üNff,XJ�x 6 y
x 6= y,okx ≺ y.
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ëY�^¼ê3½n
½n 2.1
�Rn+þff Ð'X�üNëY,K½3ëYff�^¼
êu : Rn+ → R1,¦�x � y�duu(x) 6 u(y),∀x, y ∈ Rn+.
y²:é∀x ∈ Rn+,�E¼ê
u(x) = max{r | re � x},
Ù¥e = (1, 1, · · · , 1)T ∈ Rn+, r¢ê.
1)e¡ky²e��ª
u(x)e ∼ x, ∀x ∈ Rn+
¤á.
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X`Ø,,�u(x)e ≺ x, ∵ {y | y ≺ x}m8,
u(x)e ∈ {y | y ≺ x}, ∴ ∃δ > 0,¦�
B(u(x)e, δ) ⊂ {y | y ≺ x},
Ù¥m¥B(u(x)e, δ) = {z ∈ Rn+ :‖ z − u(x)e ‖< δ}.
3m¥B(u(x)e, δ)¥�AÏ�
u(x)e +
1
2
δe,
∴ u(x)e + 12δe ∈ {y | y ≺ x},=
(u(x) +
1
2
δ)e ∈ {y | y ≺ x},
Ïd(u(x) + 12δ)e � x,w,ku(x) + 12δ > u(x),ùu(x)ff½
Âgñ.
∴ u(x)e ∼ x. W. S. Tang
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2)e¡y²u(x) 6 u(y)⇐⇒ x � y.
i)�u(x) 6 u(y),kx � y.X`Ø,,�y ≺ x,Kdu½Â
u(y)e ∼ y,u(x)e ∼ x,
Ïdk
y ≺ x ∼ u(x)e � u(y)e ∼ y,
gñ. ∴ x � y.
ii)�x � y,ku(x) 6 u(y).�u(x) > u(y),düN5
u(y)e ≺ u(x)e,
2du(y)e ∼ y,u(x)e ∼ x�y ≺ x,gñ.
∴ u(x) 6 u(y).
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3)e¡y²uffëY5.
¼êffëY5⇔¼êm8ff�m8⇔¼ê48ff�
48.
éR1¥ff48[a,b],k
u−1([a,b]) = {x | u(x) ∈ [a,b]} =
⋂
a≤r≤b
{x | re � x},
d ÐffëY5,éff½ffr , {x | re � x}48,
∴
⋂
a≤r≤b
{x | re � x}
E48.
∴¼êu´ëYff.
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ù½nffnØdŁ,Ò3u²(
|^�^¼êLy Ð
'XffU5,�vkÑÏé�^¼êffk�{.±,
ù´é(Jff¯.�^¼êÌ´^5½5ffx¤1
Ú©Û²L5Æ,�^¼ê©ÛóäïIJLÆm
Ï
�.
ob½¤Øff Ð'X´ëYff,l
Aff�^¼ê´
ëYff.
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½Â2.5: ( Ð'Xffà5)
1)¡ Ð'X�´àff,´é?¿x ∈ Rn,8
Ü{y ∈ Rn | x � y}´à8;
2)¡ Ð'X�´îàff,´é?
¿x1, x2 ∈ Rn, x1 6= x2, x1 � x2,Kk
x1 ≺ λx1 + (1− λ)x2,
Ù¥0 < λ < 1.
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A/,'u�A¼êkXe(Ø.
·K2.1
�u(x)´Ly Ð'X�ff�^¼ê,Kk
1) Ð'X�´üNff�
=�u(x)´î4O¼ê,=
�x < y,ku(x) < u(y);
2) Ð'X�´àff�
=�u(x)´[]ff¼ê;
3) Ð'X�´îàff�
=�u(x)´î[]ff¼ê.
ù·Kffy²,3Öö��¤.
W. S. Tang
广义凸函数与效用函数
广义凸函数
偏好与效用函数
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