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seu_adonis

新虫 (初入文坛)

[求助] 求助,比较线性方程解空间的大小

令Ω1={x|W1x1+W2x2+...WNxN>b-a,Wi>0,|xi|<=1,i=1,2...N},
   Ω2={x|W1x1+W2x2+...WNxN>-b-a,Wi>0,|xi|<=1,i=1,2...N},
   Ω3={x|W1x1+W2x2+...WNxN>-a,Wi>0,|xi|<=1,i=1,2...N},
其中a>0,b>0,亦即N维向量x限制在超立方体内,Ω1,Ω2,Ω3分别表示在超立方体中位于三个不同的超平面上面的那部分空间,
证明:|Ω1|+|Ω2|<2*|Ω3|,其中|Ω|表示空间Ω的大小。
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seu_adonis

新虫 (初入文坛)

引用回帖:
6楼: Originally posted by hank612 at 2013-08-08 01:23:35
楼主和Weft的讨论从几何, 梯度方向讨论的很深刻了,我从表达式方面画蛇添足一下.

首先, 符号说明.  w=(w1, w2,..., wN) 是个固定向量 (不需要假设分量wi>0).  
超立方体{(x1,...,xN) | |xi|<=1} 记为C,  记 ...

是小于等于,发完贴发现漏了,也就没改了。
7楼2013-08-08 09:52:34
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weft

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与,应助指数 +1
有点意思,我有一个思路,不妨设向量(W1,W2,... ,WN)是单位向量,将空间做一个正交旋转(肯定存在,一望便知),把(W1,W2,... ,WN)变为(0,0,...,1)也就是y_N轴的方向向量。如此一来将那三个不等式中左边W1x1+W2x2+...WNxN这一堆难看的东西就化成了 y_N,于是三个区域就分别成为了 y_N > b-a , y_N > -b-a 和 y_N > -a,当然这个时候相应的约束条件|xi|<=1也要改写成关于y的约束,而且肯定不像原来那么好看了,这是可以理解的,在方程上占了便宜肯定要还回去,不可能便宜占尽。但是注意到我们做的是正交变换,所以单位正方体还是变为了单位正方体,也就是说并没有拉伸和压缩,没有变形,这个很关键。虽然约束条件变难看了,但这样做的好处就是三个区域的几何意义一目了然,区域1代表方体位于超平面y_N = b-a 上方的那一部分,区域2代表方体位于超平面y_N = -b-a 上方的那一部分,而区域3代表方体位于超平面y_N = -a 上方的那一部分。然后利用正方体的对称性,你画个图就发现不等式成立是显然的事情了。另外,你还可以发现如果允许a=0,那么不等式将变成等式。
2楼2013-08-06 05:42:33
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seu_adonis

新虫 (初入文坛)

引用回帖:
2楼: Originally posted by weft at 2013-08-06 05:42:33
有点意思,我有一个思路,不妨设向量(W1,W2,... ,WN)是单位向量,将空间做一个正交旋转(肯定存在,一望便知),把(W1,W2,... ,WN)变为(0,0,...,1)也就是y_N轴的方向向量。如此一来将那三个不等式中 ...

谢谢回复和帮助。
“区域1代表方体位于超平面y_N = b-a 上方的那一部分,区域2代表方体位于超平面y_N = -b-a 上方的那一部分,而区域3代表方体位于超平面y_N = -a 上方的那一部分。”
正交旋转后的确简洁了很多,但是高维情况下不方便用图形来说明这三个区域的关系,其实也知道y_N = -a两边区域体积对于常数值变化的梯度是不一样的,但就是纠结怎么用数学表达式证明出来。
3楼2013-08-06 09:30:03
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weft

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
3楼: Originally posted by seu_adonis at 2013-08-06 09:30:03
谢谢回复和帮助。
“区域1代表方体位于超平面y_N = b-a 上方的那一部分,区域2代表方体位于超平面y_N = -b-a 上方的那一部分,而区域3代表方体位于超平面y_N = -a 上方的那一部分。”
正交旋转后的确简洁了很多, ...

不解为什么跟梯度扯上了关系?
我不知道你想要一个怎样的数学表达式的证明。其实现在可以看到“在y_N = b-a 上方的那一部分”与“y_N = -b-a 上方的那一部分”的体积之和就是整个立方体的体积,因为实际上二者可以拼接为一个完整的立方体,所以你只需要证明在y_N = b-a 上方的那一部分恰好就是y_N = -b-a 下方(注意是下方)的那一部分,而这件事情可以利用立方体的对称性通过一个正交旋转来证明,也就是证明二者是全等的。
4楼2013-08-06 13:33:37
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