闭凸集上的一类非线性半变分不等式解的存在性
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1. 非线性规划我们讨论过线性规划,其目标函数和约束条件都是自变量的线性函数。
如果目标函数是非线性函数或至少有一个约束条件是非线性等式(不等式),则这一类数学规划就称为非线性规划。
在科学管理和其他领域中,很多实际问题可以归结为线性规划,但还有另一些问题属于非线性规划。
由于非线性规划含有深刻的背景和丰富的内容,已发展为运筹学的重要分支,并且在最优设计,管理科学,风险管理,系统控制,求解均衡模型,以及数据拟合等领域得到越来越广泛的应用。
非线性规划的研究始于三十年代末,是由W.卡鲁什首次进行的,40年代后期进入系统研究,1951年.库恩和.塔克提出带约束条件非线性规划最优化的判别条件,从而奠定了非线性规划的理论基础,后来在理论研究和实用算法方面都有很大的发展。
非线性规划求解方法可分为无约束问题和带约束问题来讨论,前者实际上就是多元函数的极值问题,是后一问题的基础。
无约束问题的求解方法有最陡下降法、共轭梯度法、变尺度法和鲍威尔直接法等。
关于带约束非线性规划的情况比较复杂,因为在迭代过程中除了要使目标函数下降外,还要考虑近似解的可行性。
总的原则是设法将约束问题化为无约束问题;把非线性问题化为线性问题从而使复杂问题简单化。
求解方法有可行方向法、约束集法、制约函数法、简约梯度法、约束变尺度法、二次规划法等。
虽然这些方法都有较好的效果,但是尚未找到可以用于解决所有非线性规划的统一算法。
非线性规划举例[库存管理问题] 考虑首都名酒专卖商店关于啤酒库存的年管理策略。
假设该商店啤酒的年销售量为A 箱,每箱啤酒的平均库存成本为H 元,每次订货成本都为F 元。
如果补货方式是可以在瞬间完成的,那么为了降低年库存管理费用,商店必须决定每年需要定多少次货,以及每次订货量。
我们以Q 表示每次定货数量,那么年定货次数可以为QA,年订货成本为Q A F ⨯。
由于平均库存量为2Q,所以,年持有成本为2Q H ⨯,年库存成本可以表示为:Q HQ A F Q C ⨯+⨯=2)( 将它表示为数学规划问题:min Q H Q A F Q C ⋅+⋅=2)( ..t s 0≥Q其中Q 为决策变量,因为目标函数是非线性的,约束条件是非负约束,所以这是带约束条件的非线性规划问题。
一类带Hardy-Sobolev临界指数的Kirchhoff型方程正解的存在性李红英;廖家锋【摘要】研究一类带Hardy-Sobolev临界指数的Kirchhoff型方程{-(a+b∫Ω▽u^2dx)Δu=u^5-2s/(x^s)+λu^q, x∈Ω,u=0, x∈■Ω,其中Ω■R3是一个有界开区域且边界■Ω光滑,0∈Ω,a,b≥0且a+b> 0,λ> 0,0<q<1,0≤s<1。
利用变分方法,获得该问题正解的存在性结果。
【期刊名称】《中国科学院大学学报》【年(卷),期】2019(036)001【总页数】4页(P11-14)【关键词】Kirchhoff型方程;Hardy-Sobolev临界指数;正解;变分法【作者】李红英;廖家锋【作者单位】[1]西华师范大学数学与信息学院,四川南充637002;[1]西华师范大学数学与信息学院,四川南充637002;[2]遵义师范学院数学学院,贵州遵义563006;【正文语种】中文【中图分类】O175.25考虑如下带Hardy-Sobolev临界指数的Kirchhoff型方程(1)其中Ω⊂3是一个有界开区域且边界∂Ω光滑,0∈Ω,a,b≥0且a+b>0,λ>0,0<q<1,0≤s<1。
6-2s是Hardy-Sobolev临界指数。
2012年,Liu和Sun[1]研究如下问题(2)其中:4<p<6-2s,0<q<1,a,b,λ>0。
当λ>0充分小时,结合变分方法和Nehari方法,他们获得问题(2)的2个正解的存在性。
随后,他们继续研究问题(2),当-1<q<0时,结合变分方法和Nehari方法也获得2个正解,详见文献[2]。
文献[3]研究一类奇异非线性Kirchhoff型问题,结合Ekeland变分原理和一些分析技巧,获得正解的存在唯一性结果。
一个自然的问题:问题(1)是否也存在正解?事实上,当s=0时,Sun和Liu在文献[4]中获得问题(1)正解的存在性,并提出一个公开问题:如何证明第2个正解的存在性?据查阅文献所知,这个开问题至今尚未解决。
一般线性互补问题解的存在性研究孙艳波;殷洪友【摘要】The solution to general linear complementary problem is equivalent to that of varia-tional inequalities. Based on the H-S theorem, the existence of solution to general linear com-plementary problem is proved. We also prove that when the matrix is diagonally dominant one, the solution to feasible linear complementary problems is definite.%线性互补问题的解与变分不等式问题的解是等价的。
基于变分不等式H-S定理给出了一般线性互补问题解的存在性定理。
并证明了当矩阵M为对角占优矩阵时,对于可行的线性互补问题解是存在的。
【期刊名称】《西安文理学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P1-4)【关键词】线性互补;变分不等式;解的存在性;对角占优矩阵【作者】孙艳波;殷洪友【作者单位】南京航空航天大学金城学院,南京211156;南京航空航天大学理学院,南京211156【正文语种】中文【中图分类】O221.1互补问题是一类新的数学模型,此模型的应用非常广泛,比如经济学中的NASH 均衡问题,力学中的接触问题,物理学中的障碍和自由边界问题,还可应用与研究燃料油的加工提炼问题,最优控制问题以及生态系统的稳定问题等.互补问题作为线性规划与二次规划的推广,当今已发展成为数学规划理论中的一个独立分支,所以它的解的存在性研究与算法研究受到了研究者的重视.线性互补问题是指:求z∈Rn,使其中M∈Rn×n,q∈Rn,记为Lcp(M,q).线性变分不等式是指:求解一向量使得记为LVI(M,q).两者关系的最初研究出现在文献[1]中.互补问题的解与变分不等式问题的解是等价的.基于这一事实,变分不等式的解的存在性定理可以被用来研究互补问题解的存在性.对于非线性问题解的存在性关系可参阅文献[2].本文基于变分不等式H-S定理给出了一般线性互补问题解的存在性定理.并证明了当矩阵M为对角占优矩阵时,对于可行的线性互补问题解是存在的.定理1 z*是线性互补问题的解的充要条件是z*为线性变分不等式的解.证明必要性设z*是线性互补问题的解,即则∀,有即z*为线性变分不等式的解.充分性设z*为线性变分不等式的解,则∀,将y=z*+x代入(3)有即,另一方面将y=0,y=2z*代入(3)有因此z*是线性互补问题的解.Hartman-Stampacchina给出了一个著名的线性变分不等式问题解的存在定理. 定理2(简记为H-S定理)[3] 设M∈Rn×n,D⊆Rn是紧凸集,则∀q∈Rn,存在x*∈D,使这一定理是本文线性互补问题解的存在定理的基础.本文约定:Lcp(M,q)的可行集记为:如果F≠Ø,则称Lcp(M,q)可行;如果F≠Ø且存在x0∈F使Mx0+q>0,则称Lcp(M,q)严格可行.引理1 设D⊆Rn是凸集,y∈Rn,u∈D,如果存在常数r>‖v‖,使其中‖·‖是Rn上任意向量范数,则证明已知u∈D且‖u‖<r,则将yt代入(4),有从而定理3 设M∈Rn×n,‖·‖是Rn上的任意向量范数,q∈Rn,如果存在和常数r>‖u‖,使则Lcp(M,q)有解x*且‖x*‖r.证明根据已知条件,存在和常数r>‖u‖,使令‖x‖r},则Dr是紧凸集,根据H-S定理,存在x*∈Dr使如果‖x*‖<r根据引理1有因此x*是Lcp(M,q)的解且‖x*‖<r.如果‖x*‖=r,由(5)和(6)有且再根据引理1,有于是由(7)和(9),有即x*是Lcp(M,q)的解,且显然‖x*‖=r.定理4 设M∈Rn×n,q∈Rn,如果存在和常数r>‖u‖,使则Lcp(M,q)有解x*且‖x*‖<r.证明设r},则Dr是紧凸集,根据H-S定理,存在x*∈Dr,使假设‖x*‖=r,则由(10),存在指标i,使构造向量如下:则,由(11)得到这与(12)相矛盾.因此‖x*‖<r,根据引理1和(11),有即x*是Lcp(M,q)的解且‖x*‖<r.定义1[4] 设M=(mij)∈Rn×n,如果则称M是对角占优矩阵;如果则称M是严格对角占优矩阵.注:此处对角占优矩阵的定义与一般教材定义的不同,此处只考虑对角元为非负的情况.定理5 设M=(mij)∈Rn×n是对角占优矩阵,则对于给定的使得Lcp(M,q)可行的q,Lcp(M,q)有解.证明已知M对角占优,则∀,当时,有≥≥0设q∈Rn,必存在,使令r>2‖u‖,并定义函数其中e=(1,1,…,1)T∈Rn,则当且‖x‖=r,有x≠u,令则xk>uk,于是≥=(xk-uk)[M(x-u)+g(m)(u)]k≥根据定理有解x(m)且‖x(m)‖<r,即由于有界,所以存在收敛的子序列,不妨设x(m)→x*,则即x*是Lcp(M,q)的解.【相关文献】[1] COTTLE R W,GIANNESSI F,LIONS J L. Variational Inequalities and Complementarity Problems: theory and applications[M].New York:Wiley,1980:222-223.[2] 张立平,韩继业,徐大川.变分不等式问题的解的存在性[J].中国科学,2000(10):89-93.[3] 韩继业,修乃华,戚厚铎. 非线性互补理论与算法[M].上海:上海科技出版社,2006.[4] 陈景良,陈向晖. 特殊矩阵[M].北京:清华大学出版社,2001.。