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Tipo de Documento: Dissertação
Título: Funções convexas e as transformadas de Legendre e Fenchel
Autor(es): Silva, Lucas de Melo Pontes e
Data do documento: 5-Fev-2021
Orientador: Cardoso, José Anderson Valença
Resumo: O presente trabalho aborda os principais elementos da analise convexa em espacos vetoriais de dimensoes finita e infinita. Em dimensao finita, introduz-se conceitos basicos sobre espa¸cos vetoriais e topologia de conjuntos para desenvolver a teoria dos conjuntos convexos. Entao define-se os conjuntos convexos e suas propriedades apresentando exemplos de operacoes que preservam convexidade, conjuntos convexos classicos e o importante teorema da separacao por hiperplano. Em seguida, o trabalho apresenta as funcoes convexas e suas propriedades, das quais podemos destacar a continuidade em subconjuntos abertos e a existencia da derivada direcional. O arcabouco teorico desenvolvido permite apresentar a transformada de Legendre para o caso de funcoes convexas de classe C1 e a transformada de Fenchel para o caso de funcoes convexas nao suaves. Apresenta-se aplicacoes da transformada de Legendre, em especial, na formulacao de equaces da mecanica classica alem uma tabela com funcoes e transformadas. Em dimensao infinita, introduz-se conceitos topologicos e propriedades de espa¸cos m´etricos, continuidade, Teorema de Bolzano-Weierstrass, espacos de Hilbert e Banach e o Teorema de Hahn-Banach. O trabalho segue definindo pontos interiores, conjuntos e funcoes convexas em espacos de Hilbert, definindo importantes propriedades, em especial, a existencia da conjugada nesse espaco. Por fim, apresenta-se aplicacao da desigualdade de Jensen para resolucao de problemas olımpicos do Ensino Medio.
Abstract: The present work addresses the main elements of convex analysis in vector spaces of finite and infinite dimensions. In finite-dimension, it presents fundamental concepts of norms, inner-product, and topology. Then, it defines convex sets and explores their properties. It shows operations that preserve convexity, classic convex sets, and the hyperplane separation theorem. Next, the work presents the convex functions and their properties, from which we can highlight the continuity in open subsets and the existence of the directional derivative. The theoretical framework developed allows presenting the Legendre transform when the convex functions are C 1 and the Fenchel transform for non-smooth convex functions. Among all applications of the Legendre transform, this work highlights the formulation of equations of classical mechanics. A table with selected smooth convex functions and their respective Legendre transform is shown. In infinite dimension, the work develops topological concepts and properties of metric spaces, continuity, Bolzano-Weierstrass theorem, Hilbert and Banach spaces, and Hahn-Banach theorem. Then, it defines interior points, convex sets, and convex functions in Hilbert spaces, defining main properties, especially the existence of the conjugate function in this space. Finally, it shows an application of Jensen’s inequality to solve High School Olympic problems.
Palavras-chave: Funções convexas
Funções de Legendre
Espaços de Banach
Espaço de Hilbert
Análise convexa
Conjuntos convexos
Funções convexas
Transformada de Legendre e Fenchel
Espaços de Banach e Hilbert
Convex analysis
Convex sets
Convex functions
Legendre transform
Fenchel tranform
Banach and Hilbert spaces
área CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Pós-graduação: Mestrado Profissional em Matemática
Citação: SILVA, Lucas de Melo Pontes e. Funções convexas e as transformadas de Legendre e Fenchel. 2021. 123 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Matemática) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2021.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/18015
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