关于优化问题最优解衍生函数的单调性与单峰性的证明请求
关于优化问题最优解衍生函数的单调性与单峰性的证明请求
各位大佬好,我最近在研究一个优化问题,通过数值模拟得到了两个结论,但一直没法给出严格的数学证明,想请大家帮忙指点一下:
我们有如下优化问题:
$$
\max_{z\in[0,1/2]}~f(z;t)=\frac{(4\alpha z^3-6\alpha z^2+3\alpha z-3\alpha+3)t3-6z(1-\alpha)t2+3z^2(1-\alpha)t-\alpha z3}{6t3},
$$
其中约束条件为 $t\geq 1$ 且 $\alpha\in[0,1]$。
该问题的最优解为:
$$
z_H=\begin{cases}
0,&\mbox{if }1\leq t<2(1/\alpha-1),\
\frac{t[\alpha(2t^2+1)-1-\sqrt{(1-\alpha)[\alpha( 8t3-4t2-3)+1]+t\alpha2}]}{\alpha(4t3-1)},&\mbox{if }t\geq \max{2(1/\alpha-1),1},
\end{cases}
$$
同时我们定义 $z_L=z_H/t$。
通过数值模拟,我观察到以下两个结论,希望能得到严格证明:
- $z_H$ 关于变量 $t$ 始终是单调递增的;
- 当 $\alpha\leq 4/5$ 时,$z_L$ 关于变量 $t$ 是单峰函数(即存在唯一极值点,函数先单调递增后单调递减)。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者KevinKim
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