книги из ГПНТБ / Макаров, В. Л. Математическая теория экономической динамики и равновесия
.pdf160 |
О П Т И М А Л Ь Н Ы Е Т Р А Е К Т О Р И И |
1гл. ш |
|||||||
Последовательность |
% = |
(х, |
xv |
. . . , xt, |
. . .) является |
||||
траекторией модели |
ffld. |
При этом |
|
|
|
||||
|
|
|
И|па,,оМ = |
1, |
|
|
|
||
и потому |
£-кусок |
траектории |
х |
является оптимальной |
|||||
^-траекторией при любом натуральном |
t. Последнее |
озна |
|||||||
чает, что траектория % оптимальна. |
|
|
|
||||||
Лемма |
доказана. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим теперь снова произвольную конечномер |
|||||||||
ную модель второго рода Ш— |
{Е, (aT ,t)( t - i ( ) 6 _^}. |
|
|||||||
Т е о р е м а 8.3. Из |
каждой точки х конуса К0 |
исхо |
|||||||
дит оптимальная |
траектория модели СЮ. |
|
|
||||||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Пусть |
е — |
конфинальное |
||||||
дискретное подмножество множества Е. Рассмотрим
модель |
?Юе — дискретное |
разряжение |
C0J |
(см. п. |
3). |
|||||||
В |
силу |
леммы |
8.1 |
существует |
оптимальная |
траекто |
||||||
рия |
%' |
= |
{x't)t£e |
модели |
5Ше, |
исходящая |
из |
точки |
х. |
|||
Как |
было |
отмечено |
в |
п. |
3, • найдется |
траектория |
||||||
X = |
(xt)t<EE |
|
модели СЮ такая, что xt |
= х[ |
(t ЕЕ е). |
|
|
|||||
Покажем, что траектория % оптимальна. Предполагая |
||||||||||||
противное, найдем ТЕЕЕ |
так, что т-кусок %х траектории % |
|||||||||||
не будет оптимален. Поскольку е конфинально, то сущест вует т'ЕЕе такое, что т ' > т . Из определения траектории %' следует, что т'-кусок этой траектории является оптималь ной траекторией модели (£0Г)Т', а потому т'-кусок траек тории % является оптимальной траекторией модели £ЮТ'. Применяя принцип оптимальности, получим, что траек тория Хт модели 9КТ оптимальна, что противоречит на шему предположению. Полученное противоречие и дока зывает теорему.
§9. Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А О П Т И М А Л Ь Н Ы Х ТРАЕКТОРИЙ
1.Двойственная модель. Пусть
5R = {Е, ( Х , ) , Й В , {К,)1ЕЕ, |
К 0 ( т , о е в > |
( 9 Л ) |
— технологическая модель. Наряду с моделью СЮ рас смотрим объект
w = {Е, ( х ; > е В , (к;)1еЕ, |
к « ) ( , , o d g } |
§ 9] ХАРАКТЕРИСТИКА ОПТИМАЛЬНЫХ ТРАЕКТОРИЙ 161
(где a^,t — отображение, двойственное к aXj t) и покажем, что S3?' также является технологической моделью. Отме тим прежде всего, что Kt — выпуклый замкнутый выс тупающий и телесный конус. Далее, привлекая предложе
ние |
4.16, получим, |
что отображение |
а'х,( суперлинейно; |
точнее говоря, ах > ( |
6Е A (Kt, KJ; в |
силу теоремы 4.2 |
|
a'r, |
t = (ас, v ° at; 0' = <*«'*, г ° «Я« |
(*", *',<<==#, * < *' < О |
|
откуда следует, что семейство суперлинейиых отображе ний (af,i)( t ( ) е Ё удовлетворяет условию согласования.
Итак, мы проверили, что объект 51?' действительно является технологической моделью. Будем называть эту
модель |
двойственной |
|
по отношению к 59?. |
|
|||
Как непосредственно вытекает из определения, траек |
|||||||
тория op = |
[ft)i<=E |
модели СО?' обладает следующим свой |
|||||
ством: |
для |
любой |
траектории |
% = (Ж()<<=Е |
модели SO? |
||
выполняется |
|
|
|
|
|
||
Иными словами, функция hx, |
определенная на множестве |
||||||
Е формулой |
|
|
|
|
|
||
|
|
hx(t) |
= f,(xt) |
|
(t(=E), |
|
|
убывает. |
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку €0?' является |
технологической моделью, то |
||||||
имеет смысл говорить о модели |
€0?", двойственной к SB?'. |
||||||
Из теоремы 4.3 следует, что |
|
|
|
||||
|
W={E,{Xt)leE, |
|
( Я , ) ( е |
Е , ( n a , , « ) ( T l 0 e S } - |
|||
В связи |
с этим модель €0?" будем называть |
нормальной |
|||||
оболочкой |
модели |
€3? и обозначать символом nSO?. |
|||||
Каждая траектория % модели €3? является и траекто рией модели nSO?. Из предложения 8.3 следует, что каждая оптимальная траектория модели €0? оптимальна и как траектория нормальной оболочки гШ; обратно, если % — оптимальная траектория моделиreSO?и в то же время % —
траектория модели S3?, то х — оптимальная |
траектория |
|
этой |
модели. |
|
Отметим еще, что, как вытекает из предложения 2.14, |
||
(пЩх |
= п (S9?*) для любой точки х из конуса |
К0. |
6 В. Л . Макаров, A . M. Рубинов
162 |
|
О П Т И М А Л Ь Н Ы Е |
Т Р А Е К Т О Р И И |
|
[ГЛ . I I I |
||
2. |
е-характеристика |
слабо |
оптимальных |
траекторий. |
|||
Будем |
считать в этом пункте, что модель 9К, определенная |
||||||
формулой (9.1), является моделью первого |
рода. |
Поло |
|||||
жим, как обычно, Т = |
sup Е. Имеет место |
|
|
||||
Т е о р е м а 9.1 ( о б |
е - х а р а к т е р и с т и к е |
||||||
с л а б о |
о п т и м а л ь н ы х |
т р а е к т о р и й ) . |
|||||
Пусть |
Х0ЕЕК0, |
/ г ЕЕ К'Т |
(х0 ф О, / т ф 0) и X = (xt)leE |
— |
|||
траектория |
модели ffi, исходящая из точки х0. Для того |
||||||
чтобы |
траектория % была слабо |
оптимальна в смысле |
|||||
функционала /т, необходимо и достаточно, чтобы для любо
го |
е ^> 0 нашлось семейство Фе = (/()/ев (/< €Е К ( , t ЕЕ |
||||
ЕЕ |
Е) такое, что |
|
|
||
|
1) |
для любой траектории |
% = {xt)iSE |
модели 59} функ |
|
ция hx • t-*- |
ft (xt) (t EE E) убывает, |
|
|||
|
2) |
Л - ( 0 ) - ^ ( Г ) < е , |
|
|
|
|
3) |
ЯфО |
(t EE E), fT = |
fT. |
|
|
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
1) Необходимость. Рассмот |
|||
рим отображение ат,0. В силу теоремы двойственности (теоремы 4.1) множество (ат,о)- 1 (/т) непусто и
/ т ( 2 т ) = max |
fT{y)= |
inf |
g{x0). |
(9.2) |
ve*r,№ |
|
ge(aTiQ)-4fT) |
|
|
Из (9.2) следует, что по данному |
е |
О найдется Функ |
||
ционал/|j из множества (аг,о)- 1 (/т) такой, что |
|
|||
/оЫ</т(Жт) - ! - е . |
|
|
||
Используя теорему 8.1, найдем траекторию срЕ = |
(ft)tt=E |
|||
модели ?К', исходящую |
из точки fQ |
и приходящую (в |
||
момент Т) в точку f T . Так как атЛ — гейловское отображе
ние и /т Ф 0, то и ft |
Ф 0. Траектория <ре является иско |
|||
мым |
семейством. |
|
|
Е > 0 |
2) |
Достаточность. |
Пусть |
теперь для любого |
|
найдется семейство сре = (ft)i^E, |
удовлетворяющее |
усло |
||
виям теоремы. Тогда если у ЕЕ аг,о (х0), то найдется траек тория % модели SEU, соединяющая точки х0 и у, и потому (условия 1) и 3) теоремы)
Ы П = / т 0 / ) < / о Ы = = М 0 ) .
§ 9] |
Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А О П Т И М А Л Ь Н Ы Х Т Р А Е К Т О Р И Й |
163 |
откуда ввиду произвольности е и следует, что траектория
X оптимальна в смысле fr- |
|
|
|
|
|
|
|||
Теорема |
доказана. |
|
|
|
|
|
|
||
Теорему 9.1 можно переписать в форме теоремы двойственности- |
|||||||||
Пусть Р — пучок |
траекторий |
модели |
Щ}, |
Р |
— совокупность |
||||
всех семейств |
ф = |
(fi)leE |
[ft £Е К\, |
t S Щ |
таких, |
что |
для |
любого |
|
элемента % = |
( z / ) ( |
f = B множества Р |
функция |
: |
t —• /, |
(xt) |
{t e E) |
||
убывает. Очевидно, что V непусто: это множество включает в себя
пучок Р' траекторий модели 9JJ' и совпадает с этим пучком в случае, когда ат1 (Kt) = Л"т . Пусть xQ е -К"о. /т S К'т (ха ф О, / т ф 0). Сформулируем следующие задачи.
З а д а ч а |
I . Найти элемент X множества Р такой, что P r 0 |
X = |
||
= х0 |
и |
|
|
|
|
|
/г (pi>0C) = |
max |
|
З а д а ч а |
I I . Найти |
элемент ср множества Р такой, |
что |
|
Pr T (p |
= / т и |
|
|
|
(Pro ф) (х„).
(Pro ф) (."Го).
3.Траектории, допускающие характеристику. Теорема
9.1дает повод для следующего определения. Будем гово рить, что траектория % = (s,)t e E модели первого рода Ш
допускает |
слабую |
характеристику, |
если |
найдется |
семей |
|
ство ср = |
(/f)«=E (ft |
ЕЕ К*, / ( ф 0 , |
t E E E ) |
такое, что |
||
а) для |
любой |
траектории |
% модели |
9К функция |
||
hx : t->- ft |
(xt) (t EE E ) убывает, |
|
|
|
|
|
б) функция hx постоянна (т. e. hy (0) = |
\ (Т)). |
|
||||
Указанное семейство ф будем называть |
слабой |
харак |
||||
теристикой |
траектории %. |
|
|
|
|
|
6*
164 |
|
О П Т И М А Л Ь Н Ы Е |
Т Р А Е К Т О Р И И |
|
|
1ГЛ. I l l |
||||||||
П р е д л о ж е н и е |
9. 1. Если траектория % = |
(я^ев |
||||||||||||
допускает |
слабую характеристику |
ср = |
{ft)te=E, |
'«о |
|
|||||||||
|
|
|
/т (жт ) = |
max fT (у), |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
fo(xQ)= |
mi n /о (у), |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
l/ea-i ^Я т ) |
|
|
|
|
|
||||
Доказательство |
очевидно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
С л е д с т в и е . |
В условиях предложения |
траектории |
||||||||||||
X слабо оптимальна |
в смысле функционала /т. |
|
|
|
||||||||||
Оказывается, |
что траектория, |
допускающая |
слабую |
|||||||||||
характеристику, |
не обязана |
быть |
оптимальной; |
в свою |
||||||||||
очередь |
оптимальная траектория |
|
не обязана |
|
допускать |
|||||||||
слабую |
характеристику. |
Подтвердим |
высказанные ут |
|||||||||||
верждения |
примерами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
П р и м е р 1. Рассмотрим |
модель |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
ЗЯ = { { 0 , 1 } , ( X t ) t = o v |
( A ' , ) i = 0 1 , ah0}, |
|
|
|
||||||||
где Х0 = X, = R-, |
Кх |
= Кг |
= R\, |
e l l |
0 |
(*) = <0, *> (х е Д+Ь |
Рас |
|||||||
смотрим |
траекторию х = (*о> ^ I ) модели <Щ, где хх |
= |
(1, 0), i 2 = |
|||||||||||
= |
(1/2, 0). Траектория хне оптимальна, хотя и слабо оптимальна; тем |
|||||||||||
не |
менее, |
эта траектория |
допускает слабую характеристику |
ф = |
||||||||
= |
(/, /), где / = |
(0, 1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
П р и м е р |
2. Рассмотрим |
модель |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
= |
{{0, 1}, (X,)lim0tV |
ъ |
alt „}, |
|
|
||||
где, как и выше, А'о = |
Хх |
=-. Л 2 , |
К0 = К1 = |
Л * . Отображение |
в^о |
|||||||
определлм |
следующим |
образом: |
|
|
|
|
|
|
||||
|
alt0^) |
= i y e R l \ y < ( V ^ ' - \ - x \ |
У*&)} |
( я е Л ^ ) . |
|
|||||||
Положим |
в„ = |
(1, 0). Так как а 1 ) 0 (я0 ) = {у е |
Д£ | т/ < я 0 |
} , то |
||||||||
траектория х = |
(х0, х0) модели д}} |
оптимальна. Покажем, что эта |
||||||||||
траектория не допускает |
слабой |
характеристики. |
Предположим |
|||||||||
противное, и пусть |
<р = (/0, f{) — слабая характеристика траекто |
|||||||||||
рии х- Тогда для любого » £ ^ J |
имеем |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
+ |
|
> /J ( |
+ |
*i) + £ У |
^ |
|
|
||
и, |
кроме |
того, |
/J = |
Из полученных соотношений |
следует |
(при |
||||||
а» |
0) |
|
|
|
|
_ |
|
|
|
|
|
|
/S >(/! + « ) 1^5-•
§ 9] |
Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А О П Т И М А Л Ь Н Ы Х Т Р А Е К Т О Р И Й |
165 |
Последнее неравенство должно выполняться при всех числах х± 5» О И 1 2 > 0. Это, однако,'невозможно, ибоД ф 0, и потому /* + ;> 0.
Итак, наше предположение оказалось неверным и, стало быть, оп тимальная траектория % не допускает слабой характеристики.
Пример 1 дает повод для следующего определения. Бу дем говорить, что траектория % = ($t)t<=E допускает ха рактеристику ф = (/()(ев, если ф является слабой ха рактеристикой этой траектории и, кроме того, функция %
(являющаяся |
постоянной) положительна. |
|
||||||
Нетрудно |
проверить, |
что |
траектория, |
допускающая |
||||
характеристику, |
оптимальна. |
|
(Обратное, |
разумеется, |
||||
неверно.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Важное свойство |
характери |
|
|
|||||
стики описывает следующее |
|
|
|
|||||
П р е д л о ж е н и е |
9.2. |
|
|
|||||
Пусть |
% — ( x t |
) t e E |
—траектория |
|
||||
модели 9Й, допускающая |
слабую |
|
|
|||||
характеристику ц> = (ft)ti=E- То |
|
|
||||||
гда для любого т ЕЕ Е, т =j= 0, Т |
|
|
||||||
выполняются |
соотношения |
|
|
|
||||
max |
U {У) |
= U О ) |
= |
|
|
|
|
|
1/еат, о(-г<>> |
|
|
|
/х (у). |
|
|
||
|
= |
|
m i n |
Рис. 21. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Если |
ф является характеристикой %, то члены напи |
|||||||
санного выше равенства положительны (рис. 21). Доказательство следует из предложения 9.1 и того
обстоятельства, что т-кусок траектории, допускающей характеристику (слабую характеристику), также допус кает характеристику (слабую характеристику).
4. Теоремы о характеристике в моделях первого рода. Как легко следует из доказательства теоремы 9 . 1, траек
тория % = (xt)lfEE, |
слабо оптимальная в смысле функцио |
||
нала / 7 , допускает слабую характеристику |
ф = (Jt)t<=E |
||
такую, что fx = |
/т тогда и только тогда, когда реализует |
||
ся инфимум в формуле |
(9.2). Положим для |
х ЕЕ К0 |
|
|
q (х) = |
max fT (у). |
(9.3) |
Так как отображение ат>0 суперлинейно, то и функ ционал q, определенный на конусе К0 формулой (9.3),
166 |
ОПТИМАЛЬНЫЕ ТРАЕКТОРИИ |
[ГЛ. I I I |
суперлинееи; |
при атом множество опорных к q совпадает |
|
с множеством (ят.о)- 1 - Иифимум в формуле |
(9.2) реали |
|
зуется тогда и только тогда, когда функционал q имеет опорный в точке х0. Привлекая эти замечания, приведем некоторые достаточные условия, при которых оптималь ная траектория допускает характеристику.
Т е о р е м а |
9.2. Пусть х0 — внутренняя точка ко |
||
нуса К0. |
Тогда любая оптимальная в смысле функционала |
||
/т траектория, исходящая из х0, |
допускает характерис |
||
тику ф = |
(/<),(=Е |
такую, что /т |
= /г. |
Д о к а з а т е л ь с т в о . В силу теоремы 2.3 функцио |
|||
нал д, определенный формулой |
(9.3), имеет опорный /0 |
||
в точке х0. Так |
как х0 6Е i n t К0, |
то /0 (ж0) ^> 0. |
|
Теорема доказана. |
|
||
Прежде чем привести еще одио достаточное условие существо |
|||
вания характеристики, введем понятие о дифференцпруемостп то
чечно-множественных отображений по направлениям. Пусть |
— |
||||||||||||||
конечномерное |
пространство, |
/<Г4 — |
воспроизводящий |
выступаю |
|||||||||||
щий конус в пространстве |
Xi |
(i = |
1, 2), а |
— суперлинейиое |
ото |
||||||||||
бражение |
конуса |
Кг |
в П |
(Кг). |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Подобно тому, как это было сделано в и. 5 § 3, отождествим мно |
|||||||||||||
жество |
а |
(х) |
с |
функционалом |
ра ^ |
, |
определенным на |
единичной |
|||||||
сфере б1* |
пространства X * |
формулой |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Pa(x)(f)= |
m a |
x |
Ш - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
V<=a(x) |
|
|
|
||
Это позволяет отождествить отображение а с функцией ра, |
переводя |
||||||||||||||
щей |
точку |
х ЕЕ Ку |
в |
элемент |
р а ^ |
= |
ра (х) |
пространства С |
(S*). |
||||||
|
|
Элемент |
и |
пространства Xi |
назовем допустимым |
направлением, |
|||||||||
в |
точке |
х |
ЕЕ К\, |
если |
пайдотся число |
а и > |
0 такое, что отрезок |
||||||||
{х |
+ |
аи |
| a |
g= [0, аи]} |
входит в Кх. |
Совокупность всех допустимых |
|||||||||
в точке х |
направлений является выпуклым, вообще говоря, незамк |
||||||||||||||
нутым конусом. Заметим, что этот коиус содержит все элементы ко
нуса Къ |
а также элемент — х. |
Отображение а называется |
диффе |
|||||||||
ренцируемым |
|
в точке х |
из Кх |
по (допустимому) направлению и, |
если |
|||||||
найдется такая функция р'а |
(х, |
и) |
в пространстве С |
(S2), |
что |
|
||||||
|
Ра |
(х |
+ cut) = |
ра (х) |
+ |
ар'а |
(х, |
и) + оз с > и (а) |
( а > 0 ) , |
(9.4) |
||
причем |
1ии |
|
= |
0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a-v+o |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Будем говорить, что отображение а непрерывно |
|
дифференцируемо |
||||||||||
в точке х, |
если |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1) найдется такой замкнутый выпуклый коиус L x |
допустимых в |
|||||||||||
точке х |
направлений, что Кг |
С |
L x , |
—х |
ЕЕ L x и по любому направле |
|||||||
нию и |
6= L x |
|
отображение |
а |
дифференцируемо, |
|
|
|
||||
§ g] |
Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А О П Т И М А Л Ь Н Ы Х Т Р А Е К Т О Р И Й |
167 |
2)отображение ц —»ра (х, и) (определяемое формулой (9.4))
конуса Lx |
в пространство |
С (S^) непрерывно. |
|
|
||
Имеет место |
|
|
|
|
||
Т е о р е м а |
9.3. Пусть |
точка х0 из конуса К0 такова, что ото |
||||
бражение аТ |
Q непрерывно дифференцируемо в этой точке. (Мы |
рас |
||||
сматриваем по-прежнему |
технологическую модель (9.1).) Тогда |
каж |
||||
дая слабо оптимальная в смысле /у траектория, |
исходящая из точки |
|||||
х0, допускает |
слабую |
характеристику "ф = |
( / j ) ( e E такую, |
что |
||
1т = 1т- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
• |
|
|||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
|
Нам достаточно показать, что функ |
|||||||||||||
ционал q, определенный формулой (9.3), имеет опорный в точке |
хй. |
||||||||||||||
Заметим, |
что |
q (х) |
= рат |
q |
|
(Х) (fT). |
|
(Мы считаем, что АЕЕ^*.) |
|||||||
Покажем, что |
q |
дифференцируем |
в точке х0 |
по |
конусу |
Lx; |
|||||||||
иными |
словами, для |
любого |
и ЕЕ L |
|
существует |
предел |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я (хо + |
|
сш) — q (хи) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<x->-f-0 |
|
|
u |
|
|
|
|
||
В |
самом деле, |
используя |
(9.4), |
имеем |
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
(q (х0 |
+ au) — q (xQ)) |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|||
l i m |
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
cc->-|-0 |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
~ ' { ? а Г - О |
|
+ |
|
|
~ Р а т . °( 'Г 0 ) ^ |
|
= |
|
|
||
|
|
= |
Д 0 |
4 " |
' ^ « г , о { х о |
' |
и ) ( / ^ |
+ |
"*..»(«)) = Рат, |
о { Х 0 ' |
и ) |
|
|||
Тем самым нужный нам предел существует; при этом |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1xa(u) |
= |
PaTi0(xo, |
|
") (/г>- |
|
|
(8-6) |
||
Выясним теперь некоторые свойства функционала q'Xo, опреде ленного на конусе L формулой (9.5). Непосредственно из определе ния вытекает, что qx, положительно однороден. Покажем, что этот функционал супераддитпвен. В самом деле,
. |
|
g (до + а (щ + ИЗ)) — g (До) |
|
||||
q (MI + иа) = Ь т |
|
|
|
|
= |
|
|
|
а-Н-о |
|
|
|
|
|
|
= |
lirn^ |
|
-1- |
(KI + к2 ) j — q (xt)) j |
= |
||
= |
li m |
- 7 - (</ ((z0 |
+ а т ) + (я?о + |
ак2 )) — 2q (х0)) > |
|||
а-Н-0 |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
> |
Ь т — (q (хо + |
авд) — q (ха)) |
+ |
|
|||
а-Н-о |
а |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
Н т |
— |
(у (Жо + |
ам2) — |
q (.г-0)) = q' |
(ui) -[- (7' (м2 ), |
|
|
а—-(-о |
а |
|
|
|
° |
168 |
|
|
|
О П Т И М А Л Ь Н Ы Е |
Т Р А Е К Т О Р И И |
|
|
|
|
[ Г Л . |
I l l |
||||||||||||
откуда п следует супераддитивность этого функционала. |
Наконец, |
||||||||||||||||||||||
как непосредственно следует из (9.6) и условия |
теоремы, дХо |
— не |
|||||||||||||||||||||
прерывный |
функционал. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Из сказанного вытекает, в частности, что функционал дХо |
супер |
||||||||||||||||||||
линеен |
(о суперлинейности |
qXt имеет смысл говорить, так как этот |
|||||||||||||||||||||
функционал задан на замкнутом выпуклом конусе LXa). |
|
В силу тео |
|||||||||||||||||||||
ремы 2.1 существует |
линейный |
функционал /0 , опорный к qx0. |
По |
||||||||||||||||||||
кажем, что /о опорен к q в точке х0. |
Пусть и €Е Кй. |
Так как К0 |
С |
||||||||||||||||||||
С |
L.., |
то д |
дифференцируем по направлению |
и, |
|
и потому |
|
|
|||||||||||||||
q |
(х0) |
+ |
aq |
(и) |
< q |
{х0 |
|
+ |
au) = |
q |
(х0) |
+ |
aq'^ (и) + |
и |
|
(а) |
< |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< |
Ч (*о) |
+ |
«/о |
(") |
+ |
° х „ |
|
|||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
9 (И) < |
/о (И) + |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Из |
последнего неравенства |
следует, что /0 |
€Е Uq. |
Покажем |
теперь |
||||||||||||||||||
что |
/0 - (xQ) |
= |
q (хв). |
|
Учитывая, |
что |
— аг0 g |
LXt>, |
|
имеем |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
q'~ (— |
я0 ) - |
l i m |
— |
(q |
(хо |
— |
ax0)—q |
(х0)) |
|
= |
— |
q |
(х0). |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
а-Н-0 |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предполагая, |
что |
/0 |
(х0 ) > |
q (х0 ), |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
/о (—*о) |
= |
—/о |
(*о) |
< |
— <7 (*о) |
= |
д'Хо |
(— |
*o)i |
|
|
|
|||||||
что невозможно, так как /0 опорен к д .
Мы показалп, таким образом, что функционал q пмеет опорный в точке х0, откуда и следует справедливость теоремы.
Следующие теоремы полностью описывают траекто рии, допускающие слабую характеристику (соответствен но, характеристику).
Т е о р е м а 9.4. Для того, чтобы траектория % = = (xt )ieE модели C0J допускала слабую характеристику, необходимо и достаточно, чтобы нашелся функционал / из конуса К0 такой, что
1) f(x0)= |
min |
f(y), |
2)a T l 0 ( / ) = H O } .
До к а з а т е л ь с т в о . 1) Достаточность. Пусть
/— функционал, фигурирующий в условии теоремы. Так
§ 9] |
Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А |
О П Т И М А Л Ь Н Ы Х |
Т Р А Е К Т О Р И Й |
169 |
|||||
как отображение |
я т 0 |
|
суперлинейио, то |
(теоремы |
4.1 |
||||
и 4.3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
g(xT) |
— |
m i n |
/(z) = |
m i n |
f(x) |
= |
f(x0). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9.7) |
Пусть |
функционал f из а'т,0 (/) таков, что f |
(хт) |
— f |
(х0). |
|||||
Так как а Т ) 0 |
(/) =^= {0}, |
то можно считать, что f =j= 0. Сое |
|||||||
диним точки / и / траекторий ср модели ЭУ. Эта траекто
рия |
является |
слабой |
характеристикой |
траектории |
%. |
|||||||||
|
2) |
Необходимость. |
Пусть |
% допускает |
слабую |
харак |
||||||||
теристику |
ф = |
(ft)tf=E. |
Тогда |
если х |
ЕЕ К0, |
у ЕЕ ят,о (ж), |
||||||||
то |
/ 0 |
(я) > |
/ т |
(г/). Таким |
образом, |
/ т ЕЕ oV,0 (/0), |
и пото |
|||||||
му |
аг,о (/о) =г= {0}- |
Отметим |
еще, что (паТ,0)' |
= а'т,а- |
Из |
|||||||||
сказанного следует, что fT |
ЕЕ {пат,0У |
(/о) |
и . |
стало'быть, |
||||||||||
для любого у ЕЕ (пат^У1 |
(хт) |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
МУ)>ТТ |
(«г) = |
fo(«o)- |
|
|
|
|
||||
Таким образом, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
/о(жо)= |
min |
f0 (i/). |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
l/e(na T | 0)~Ч.хт) |
|
|
|
|
|
|||
|
Теорема |
доказана. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
З а м е ч а н и е . |
Попутно мы доказали справедливость следу |
||||||||||||
ющих |
утверждений: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
а) если для траектории % найдется функционал /, удовлетворя |
|||||||||||||
ющий условиям 1) и 2) теоремы, то существует слабая характерис тика этой траектории, которая является траекторией двойственной модели, исходящей из /;
б) если траектория % допускает слабую характеристику ср =
=( / ( ) г е Е . т 0 функционал /0 удовлетворяет условиям 1) и 2) теоремы.
Отметим еще, что в условии теоремы можно не требовать поло жительности функционала /. (Как следует из замечания к предложе нию 8 . 5, эта положительность автоматически вытекает из условия 1) теоремы.)
Т е о р е м а |
9.5. Для |
того |
чтобы траектория % = |
||
= (xt)t<=E |
модели 59? допускала |
характеристику, |
необхо |
||
димо и достаточно, чтобы нашелся функционал f |
из ко |
||||
нуса К0 |
такой, |
что |
|
|
|
|
/ ( * „ ) = |
m i n |
f(y)>0. |
|
|
|
|
VS(naTi |
0)-Кх-т) |
|
|
Доказательство аналогично доказательству теоремы 1.4*
