• Sonuç bulunamadı

edilir. Ters e¸sitsizlik her zaman do˘gru oldu˘gundan fo(x, v) = D+f (x; v) olur.

2.5 Normaller ve Te˘getler

E ⊆Rn bo¸s olmayan kapalı k¨ume olmak ¨uzere

dE(x) = min{kx − ck | c ∈ E}

ile tanımlı d¨uzg¨un olmayan (nonsmooth) fakat Lipschitz olan uzaklık fonksi-yonu g¨oz¨on¨une alınsın.

E’nin d¨uzg¨un ya da konveks olmasına ihtiya¸c duymadan dE’nin doE Clarke genelle¸stirilmi¸s t¨urevi kullanılarak E’nin x’deki bir te˘geti kavramı ve buna dayalı olarak da E’nin x’deki TEC(x) Clarke te˘get konisi kavramı

TEC(x) := {v ∈ Rn | doE(x, v) = 0}

bi¸ciminde tanımlanabilir.

Bunun kapalı ve konveks bir koni oldu˘gu g¨osterilebilir. Te˘get konisi tanımlandı˘gından normal koni tanımı TEC(x)’in poları yardımıyla

NE(x) := {ξ | hξ, vi ≤ 0, ∀v ∈ TEC(x)}

olarak verilebilir. A¸cıktır ki NE(x) kapalı ve konveks bir k¨ume olan ∂dE(x) subdiferansiyeliyle ¨uretilir.

TEC ve NE’yi uzaklık fonksiyonu kullanmadan tanımlayıp tanımlayamayaca˘gımızı sormak do˘galdır. Bunun yanıtı olumludur ve ¸su ¸sekilde yapılabilir:

v ∈ TEC(x)’dir ⇐⇒ x’e yakınsak her (xn)n∈N ⊆ E ve 0’a yakınsak her (tn) ⊂R+ i¸cin xn+ tnvn ∈ E olacak ¸sekilde v’ye yakınsak en az bir

(vn)n∈N⊆Rn dizisi vardır.

NE’nin direk tanımını verebilmek i¸cin bir diklik tanımına ihtiya¸c duyulur.

Bu tanım ¸su ¸sekilde verilebilir:

Bir v ∈ Rn vekt¨or¨u E’ye x noktasında diktir ⇐⇒ x, x’e E i¸cinde tek en yakın noktası olmak ¨uzere v = x− x’dir ⇐⇒ x merkezli ¨oyle bir kapalı yuvar vardır ki bunun E ile kesi¸simi x tek noktasından olu¸sur.

Bu durumda

NE(x) = conv{λ lim

i→∞

vi

kvik | λ ≥ 0, xn noktasında vn⊥ E, xn→ x ve vi → 0}.

Buraya kadar, fo ve ∂Cf gibi iki analitik notasyon ve TEC ve NE gibi iki geometrik notasyon olu¸sturuldu ve bunlar bir anlamda birbirlerinin dualidirler.

Yani, biri bilinirse di˘geri bundan elde edilebilir.

Buna g¨ore, bu analitik kavramlarla geometrik kavramların birbirleriyle ili¸skisi kurulacaktır. Bu ili¸ski de fonksiyonun epigrafı yardımıyla kurulacaktır.

Geometrik olarak bu k¨ume, bir fonksiyonun grafi˘ginin ¨ust¨unde kalan b¨olgeden ba¸ska bir¸sey de˘gildir. Buradan iki ¨onemli sonu¸c elde edilir.

TepifC (x, f (x)) = epifo(x, ·)

Cf (x) = {ξ | (ξ, −1) ∈ Nepif(x, f (x))}.

Elde edilen son sonu¸c, diferansiyel kalk¨ul¨uste bilinen [f(x, −1)] vekt¨or¨un¨un f ’nin grafi˘gine (x, f (x)) noktasında dik olması (ya da normali olması) ¨ozelli˘ginin bir genellemesidir.

Dolayısıyla, fo, ∂fC, TEC ve NE kavramları bu t¨ur ¸calı¸smaların ¸cekirde˘gini

olu¸sturmaktadır.

Buraya kadar, yerel Lipschitz fonksiyonlar sınıfı ¨uzeride duruldu. Bununla birlikte yerel Lipschitz olmayan fonksiyonlar ailesi ¨uzerinde i¸s g¨oren benzer kavramlar tanımlanabilir. Bu durumda d¨uzg¨unl¨uk ve konvekslik gibi kavram-lardan biraz uzakla¸sılır. C¸ ¨unk¨u f , x noktasının bir kom¸sulu˘gunda Lipschitz de˘gilse ∂Cf (x) kompakt olmayabilir. Hatta bazen bo¸s k¨ume olur. A¸sa˘gıda S¸ekil 2.6’da grafi˘gi verilen fonksiyon bu duruma bir ¨ornek olarak verilebilir.

b b b b b b

Cf (x1) = {−1}

Cf (x2) = [0, 1]

Cf (x3) = [1/2, 1]

Cf (x4) = [−1, 2]

Cf (x5) = ∅

Cf (x6) =R

x1 x2 x3 x4 x5 x6

S¸ekil 2.6. Bazı noktalarda yerel Lipschitz olmayan fonksiyon ¨orne˘gi

Ku¸skusuz bu kavramlar Banach uzaylara genelle¸stirilebilir ve bunlarla, bi-linen t¨urev kavramları arasındaki ili¸skiler incelenebilir.

Tanım 2.5.1. X = Rn ve E ⊂ X k¨umesi verilsin. x ∈ X i¸cin ∀ε ≥ 0 iken x + εx + o(ε) ∈ E ve ε → 0+ iken o(ε)

ε → 0 olacak ¸sekilde n boyutlu vekt¨or de˘gerli o(ε) fonksiyonu var ise x ∈ X noktasına, E k¨umesinin x noktasındaki alt te˘geti denir. B¨ut¨un bu x te˘getlerinin olu¸sturdu˘gu k¨umeye de E k¨umesinin x noktasındaki alt tanjant konisi denir ve TEL(x) ile g¨osterilir. Yani E k¨umesinin x noktasındaki alt tanjant konisi

TEL(x) = {x| lim

ε→0+

d(x + εx, E)

ε = 0}

bi¸ciminde ifade edilir.

Tanım 2.5.2. X =Rn, E ⊂ X k¨umesi ve x ∈ cl(E) elemanı verilsin. εk → 0+

ve ˆxk → x i¸cin x + εkk ∈ E, k = 1, 2, ... olacak ¸sekilde ∃(εk)k∈N ⊂ R+ ve

∃(ˆxk)k∈N ⊂ X dizileri var ise x ∈ X noktasına, E k¨umesinin x noktasındaki

¨

ust te˘geti denir. B¨ut¨un bu x te˘getlerinin olu¸sturdu˘gu k¨umeye de E k¨umesinin x noktasındaki ¨ust tanjant konisi veya Contingent konisi denir ve TEU(x) ile g¨osterilir. Yani E k¨umesinin x noktasındaki Contingent konisi

TEU(x) = {x|ˆxk → x, εk → 0+ ve ∀k ∈N i¸cin x + εkk ∈ E olan

∃(ˆxk)k∈N⊂ X ve ∃(εk)k∈N⊂R+ dizileri vardır } bi¸ciminde ifade edilir.

Tanım 2.5.3. ∅ 6= E ⊆ X, x ∈ cl(E) verilsin.

xk

→ x, εE k → 0+ olan ∀(xk)k∈N⊆ E ve ∀(εk)k∈N dizileri i¸cin ˆxk→ x ve

∀k ∈ N i¸cin xk + εkk ∈ E olacak ¸sekilde ∃(ˆxk)k∈N ⊆ X dizisi bulunabiliyor ise x’ye E k¨umesinin x noktasındaki Clarke te˘geti, x te˘getlerinin olu¸sturdu˘gu k¨umeye de E k¨umesinin x noktasındaki Clarke konisi denir ve TEC(x) ile g¨osterilir.

A¸sa˘gıda TEL(x) ve TEU(x) i¸cin bazı karakterizasyonlar verilmi¸stir.

Onerme 2.5.1. ∅ 6= E ⊆ X, x ∈ cl(E) verilsin. x ∈ T¨ EL(x) olması i¸cin gerek ve yeter ko¸sul εk → 0+ olan ∀(εk)k∈N dizisi i¸cin x + εkk ∈ E, k = 1, 2, ... ve ˆ

xk → x olacak ¸sekilde ∃(ˆxk)k∈N⊆ E dizisinin var olmasıdır.

Onerme 2.5.2. ∅ 6= E ⊆ X, x ∈ cl(E) verilsin. x ∈ T¨ EU(x) olması i¸cin gerek ve yeter ko¸sul xk → x ve x = lim

k→∞εk(xk− x) olacak ¸sekilde ∃(εk)k∈N ⊆R+ ve

∃(xk)k∈N⊆ E dizilerinin var olmasıdır.

Onerme 2.5.3. ∅ 6= E ⊂ X ve x ∈ cl(E) verilsin. Bu durumda a¸sa˘gıdakiler¨ sa˘glanır.

(i) TEU(x), TEC(x) ve TEL(x) kapalıdır.

(ii) TEC(x) konvekstir.

(iii) TEC(x) ⊂ TEL(x) ⊂ TEU(x)’dir.

Kanıt. (i) TEU(x) kapalılı˘gı g¨osterilsin. TEU(x) ⊂ TEU(x) oldu˘gundan

TEU(x) ⊂ TEU(x) g¨osterilmelidir. O halde y ∈ TEU(x) alınsın. Bu durumda

yn→ y (2.12)

olacak ¸sekilde ∃(yn)n∈N ⊂ TEU(x) dizisi vardır. ∀n ∈N i¸cin yn ∈ TEU(x) oldu˘gundan lim

k→∞k= x, lim

k→∞εk(ˆxk− x) = yn olacak ¸sekilde

∃(ˆxk)k∈N ⊆ E ve (εk)k∈N ⊆ R+ vardır. Buradan ∀n ∈ N i¸cin k ≥ k(n) olmak ¨uzere

kˆxk− xk ≤ 1

n ve kεk(ˆxk− x) − ynk ≤ 1

n (2.13)

olacak ¸sekilde ∃k(n) ∈N vardır. ¨Ote yandan ∀n ∈N i¸cin hn:= ˆxk(n) ve tn := εk(n) > 0 olmak ¨uzere (2.13)’ten lim

n→∞hn = x olur. Buradan, ktn(hn− x) − yk = kεk(n)(ˆxk(n)− x) − yn+ yn− yk

≤ kεk(n)(ˆxk(n)− x) − ynk + kyn− yk (2.13)’ten

ktn(hn− x) − yk ≤ 1

n + kyn− yk olur. (2.12)’den

n→∞lim ktn(hn− x) − yk = 0 elde edilir. B¨oylece lim

n→∞tn(hn− x) = y olup y ∈ TEU(x) yani TEU(x) ⊂ TEU(x)’dir. Dolayısıyla TEU(x) kapalıdır.

TEC(x)’in kapalılı˘gı g¨osterilsin. TEC(x) ⊂ TEC(x) oldu˘gundan TEC(x) ⊂ TEC(x) g¨osterilmelidir. O halde y ∈ TEC(x) alınsın.

Bu durumda yn→ y olacak ¸sekilde (yn)n∈N ⊆ TEC(x) dizisi vardır.

∀n ∈N i¸cin yn∈ TEC(x) oldu˘gundan ∀εk→ 0 ve ∀xk → x i¸cin xk+ εkk ∈ E ve ˆxk → yn olacak ¸sekilde ∃(ˆxk)k∈N dizisi vardır.

∀xk → x ve ˆxk→ yn oldu˘gundan ∀n ∈N i¸cin k ≥ k(n) iken,

kxk(n)− xk < 1

n ve kˆxk(n)− ynk < 1

n (2.14)

olacak ¸sekilde ∃k(n) ∈N vardır. ¨Ote yandan

hn := xk(n), ˆhn := ˆxk(n), λn := εk(n) olmak ¨uzere ∀λn → 0+ olur.

Dahası

kˆhn− yk = kˆhn− yn+ yn− yk kˆhn− yk ≤ kˆhn− ynk + kyn− yk

olur. yn → y oldu˘gundan ve (2.14) ile birlikte lim

n→∞ˆhn = y elde edilir.

Ote yandan kh¨ n− xk = kxk(n)− xk < n1 oldu˘gundan lim

n→∞khn− xk = 0 ve hn+ λnˆhn = xk(n)+ εk(n)k(n)∈ E olup y ∈ TEC(x) olur. Bu durumda TEC(x) ⊂ TEC(x)’dir. TEC(x) = TEC(x) olur. TEC(x) kapalıdır.

TEL(x)’nin kapalılı˘gı da benzer ¸sekilde g¨osterilebilir.

(ii) TEC(x)’in konveks oldu˘gu g¨osterilsin.

TEC(x) koni oldu˘gundan ∀x1, x2 ∈ X i¸cin x1 + x2 ∈ TEC(x) g¨osterilmesi yeterli olacaktır. Keyfi x1, x2 ∈ TEC(x) alınsın. Bu durumda εk → 0+ ve xk → x olan keyfi (xk)k∈N ⊂ E, (εk)k∈N ⊂ R dizileri ve ∀k ∈ N i¸cin x1 ∈ TEC(x) oldu˘gundan

ˆ

x1k → x1 ve xk+ εk1k ∈ E olan ∃(ˆx1k)k∈N ⊆ X dizisi vardır.

x1,k := xk+ εk1k olarak tanımlansın. Burada ∀k ∈ N i¸cin x1,k ∈ E ve x1,k→ x oldu˘gu a¸cıktır. x2 ∈ TEC(x) oldu˘gundan ˆx2k → x2 ve

x1,k+ εk2k= xk+ εk1k+ εk2k = xk+ εk(ˆx1k+ ˆx2k) ∈ E olan ∃(ˆx2k)k∈N⊆ X dizisi vardır. B¨oylece xk → x, εk → 0 olan ∀(xk)k∈N ⊆ E, ∀(εk)k∈N ⊂R dizileri i¸cin ˆxk = ˆx1k + ˆx2k → x1 + x2 ve ∀k ∈ N i¸cin xk + εkk ∈ E olacak ¸sekilde (ˆxk)k∈N = (ˆx1k+ ˆx2k)k∈N⊆ X dizisi elde edilir. Dolayısıyla x1+ x2 ∈ TEC(x) olur. O halde TEC(x) konvekstir.

(iii) TEC(x) ⊆ TEU(x) kapsamı g¨osterilsin.

x ∈ TEC(x) alınsın. Bu durumda xk→ x, εk → 0 olan keyfi (xk)k∈N⊂ E, (εk)k∈N ⊂ R+ dizileri i¸cin ˆxk → x ve ∀k ∈ N i¸cin xk + εkk ∈ E olan

∃(ˆxk)k∈N ⊆ X dizisi vardır. Burada ¨ozel olarak (xk)k∈N = (x)k∈N sabit dizisi se¸cilirse ∀k ∈ N i¸cin x + εkk ∈ E olur. B¨oylece εk → 0+, ˆxk → x ve ∀k ∈N i¸cin x+εkk∈ E olan ∃(εk)k∈N⊂R+ ve ∃(xk)k∈N⊆ X dizileri

elde edilir. Dolayısıyla x ∈ TEU(x) olur.

A¸sa˘gıda alt tanjant koni, ¨ust tanjant koni ve Clarke koniye dair ¨ornekler verilmi¸stir.

Ornek 2.5.1. E = {(x, y) ∈¨ R2||x| = |y|} k¨umesi olmak ¨uzere S¸ekil 2.7(a)’da E k¨umesinin (0, 0)’daki ¨ust tanjant konisi, S¸ekil 2.7(b)’de ise E k¨umesinin (0, 0)’daki Clarke tanjant konisi g¨osterilmi¸stir.

TEU(0, 0) = E

(a)

b

TEC(0, 0) = {(0, 0)}

(b)

S¸ekil 2.7. (a) E k¨umesinin (0, 0)’daki ¨ust tanjant konisi, (b) E k¨umesinin (0, 0)’daki Clarke konisi

Ornek 2.5.2. S¸ekil 2.8(a)’da E k¨¨ umesinin x noktasındaki alt ve ¨ust tanjant konileri S¸ekil 2.8(b)’de de Clarke konisi g¨osterilmi¸stir.

bx

E

TEU(x) = TEL(x) (a)

bx

E

TEC(x)

(b)

S¸ekil 2.8. (a) E k¨umesinin x noktasındaki alt ve ¨ust tanjant konileri, (b) E k¨umesinin x noktasındaki Clarke konisi

Benzer Belgeler