Analyse convexe

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L'analyse convexe est la branche des mathématiques qui étudie les ensembles et les fonctions convexes. Cette théorie étend sur beaucoup d'aspects les concepts de l'algèbre linéaire et sert de boîte à outils en analyse et en analyse non lisse. Elle s'est beaucoup développée du fait de ses interactions avec l'optimisation, où elle apporte des propriétés particulières aux problèmes qui y sont étudiés. Certains voient la naissance de l'analyse convexe «moderne» dans l'invention des notions de sous-différentiel, d'application proximale et d'inf-convolution dans les années 1962-63[1].

Si l'Analyse convexe existe en tant que discipline des mathématiques, et pas l'« Analyse concave », c'est parce que l'on définit aisément la notion d'ensemble convexe, alors que celle d'« ensemble concave » est moins naturelle. On définit alors les fonctions convexes comme celles ayant un épigraphe convexe (les fonctions concaves ont un hypographe convexe …).

Cet article a pour but d'orienter le lecteur vers diverses pages traitant d'analyse convexe et de faire un tableau très succinct de la discipline.

Ensemble convexe[modifier | modifier le code]

L'ensemble convexe est le concept de base de l'analyse convexe ; c'est une partie d'un espace vectoriel réel qui contient tout le segment compris entre deux quelconques de ses points. Comme exemples d'ensemble convexe

  • les polyèdres convexes jouent souvent un rôle particulier, renforçant les propriétés que l'on peut démontrer pour des ensembles convexes arbitraires,
  • les cônes convexes sont des objets très souvent rencontrés.

À un ensemble convexe, on peut associer un certain nombre d'ensembles, comme

Les ensembles convexes peuvent être le résultat de diverses constructions :

On peut aussi effectuer un certain nombre d'opérations avec les ensembles convexes, telles que

Fonction convexe[modifier | modifier le code]

Toute notion introduite pour les ensembles convexes se transporte aux fonctions convexes par l'intermédiaire de leur épigraphe. L'inverse est également vrai : toute notion introduite pour une fonction convexe peut souvent se transporter aux ensembles convexes en l'appliquant à la fonction indicatrice de ces ensembles.

La première de toutes ces notions est bien sûr celle de fonction convexe, qui est une fonction définie sur un espace vectoriel réel à valeurs dans la droite réelle achevée dont l'épigraphe est convexe. Comme fonctions convexes particulières, mentionnons

Les fonctions convexes peuvent apparaître comme le résultat de diverses constructions :

À une fonction convexe, on peut associer

Optimisation convexe[modifier | modifier le code]

Autres problématiques :

Algorithmique :

Annexes[modifier | modifier le code]

Note[modifier | modifier le code]

  1. (en) P.L. Combettes, J.-B. Hiriat-Urruty, M. Thera (2014). Preface. Mathematical Programming, Ser. B, 148, 1-4.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) J. M. Borwein, A. S. Lewis (2000). Convex Analysis and Nonlinear Optimization. Springer, New York.
  • (en) J.-B. Hiriart-Urruty, C. Lemaréchal (1993). Convex Analysis and Minimization Algorithms. Grundlehren der mathematischen Wissenschaften, 305-306. Springer-Verlag.
  • (en) J.-B. Hiriart-Urruty, C. Lemaréchal (2001). Fundamentals of convex analysis. Springer-Verlag, Berlin.
  • (en) R.T. Rockafellar (1970). Convex Analysis. Princeton Mathematics Ser. 28. Princeton University Press, Princeton, New Jersey.