¿Qué es la convexidad y qué dice realmente esta definición matemática?

Parece que estás un poco incómodo con la notación matemática. Si ese es el caso, probablemente sea más fácil entender la explicación intuitiva que tratar de analizar los símbolos matemáticos.

Cuando dice [math] \ forall [/ math] [math] (x, y, \ gamma) [/ math] [math] \ in [/ math] [math] \ chi \ times \ chi \ times \ gamma [ / math], significa que [math] x [/ math] es un elemento de [math] \ chi [/ math], [math] y [/ math] es un elemento de [math] \ chi [/ math], y [math] \ gamma [/ math] es un elemento de [0,1].

Entonces, lo que dice es si elige cualquier x e y en [matemáticas] \ chi [/ matemáticas] cualquier [matemáticas] \ gamma [/ matemáticas] entre 0 y 1, [matemáticas] (1- \ gamma) x + \ gamma y [/ math] estará en [math] \ chi [/ math]. Puede visualizar esto como la línea entre [matemática] x [/ matemática] y [matemática] y [/ matemática]: cuando [matemática] \ gamma [/ matemática] es 0,

[matemáticas] (1- \ gamma) x + \ gamma y = 1 * x + 0 = x [/ matemáticas],

y cuando [math] \ gamma [/ math] es 1,

[matemáticas] (1- \ gamma) x + \ gamma y = 0 * x + 1 * y = y [/ matemáticas].

A medida que [math] \ gamma [/ math] va de 0 a 1, traza la línea que conecta x e y. La condición de convexidad dada en el libro es, por lo tanto, equivalente a decir que para cualquier [matemática] x [/ matemática] y [matemática] y [/ matemática] en [matemática] \ chi [/ matemática], la línea entre ellos está en [ matemáticas] \ chi [/ matemáticas].

La definición de una función convexa a continuación es similar. Si elige cualquier x e y en [matemática] \ chi [/ matemática] cualquier [matemática] \ gamma [/ matemática] entre 0 y 1, y evalúa [matemática] f [/ matemática] en [matemática] (1- \ gamma) x + \ gamma y [/ math], será menor o igual que [math] (1- \ gamma) f (x) + \ gamma f (y) [/ math].

Todas las respuestas aquí son buenas y equivalentes en algún sentido. Este también lo será. Tome un pedazo de papel y seleccione una ‘parte’ de él. Dibuja el límite de la ‘parte’ si puedes. Ahora solo tome un par de puntos que se encuentran en la ‘parte’ que acaba de seleccionar y únase a ellos. Si para todos los pares de puntos posibles, los puntos que se encuentran en la línea que los une también pertenecen a la ‘parte’ que seleccionó, entonces se dice que la ‘parte’ es una ‘parte’ convexa o un conjunto convexo. Este es el principio también en las dimensiones superiores.
Ejemplos de conjunto convexo: un disco.
No es un ejemplo de un conjunto convexo: un círculo, es decir, el límite del disco.

Se dice que un conjunto de puntos es convexo si para cualquier segmento de línea con puntos finales en el conjunto, todos los puntos en el segmento de línea también están en el conjunto.

Ahora considere una función cuyo dominio es un subconjunto de R ^ n y cuyo rango es un subconjunto de R. Se puede representar gráficamente en R ^ (n + 1). Si el conjunto de puntos sobre la función en R ^ (n + 1) es convexo, entonces la función es convexa.

Para visualizar esto, sigamos con funciones cuyo dominio es R ^ 1. Usaremos una parábola, que podemos graficar en R ^ 2.

Si tenemos una parábola hacia arriba (es decir, b = a ^ 2), entonces cualquier punto en el interior de un segmento de línea que termine en dos puntos de la parábola se encuentra por encima de la parábola. Por lo tanto, una parábola hacia arriba es convexa.