Analyse convexe
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L'analyse convexe est la branche des mathématiques qui étudie les ensembles et les fonctions convexes. Cette théorie étend sur beaucoup d'aspects les concepts de l'algèbre linéaire et sert de boîte à outils en analyse et en analyse non lisse. Elle s'est beaucoup développée du fait de ses interactions avec l'optimisation, où elle apporte des propriétés particulières aux problèmes qui y sont étudiés. Certains voient la naissance de l'analyse convexe « moderne » dans l'invention des notions de sous-différentiel, d'application proximale et d'inf-convolution dans les années 1962-63[1]. Il a fallu un certain temps pour que l'on reconnaisse que cette discipline apportait des idées nouvelles et des outils puissants[2].
Si l'Analyse convexe existe en tant que discipline des mathématiques, et pas l'« Analyse concave », c'est parce que l'on définit aisément la notion d'ensemble convexe, alors que celle d'« ensemble concave » est moins naturelle. On définit alors les fonctions convexes comme celles ayant un épigraphe convexe (les fonctions concaves ont un hypographe convexe…).
Cet article a pour but d'orienter le lecteur vers diverses pages traitant d'analyse convexe et de faire un tableau très succinct de la discipline.
L'ensemble convexe est le concept de base de l'analyse convexe ; c'est une partie d'un espace vectoriel réel qui contient tout le segment compris entre deux quelconques de ses points. Comme exemples d'ensemble convexe :
- les polyèdres convexes jouent souvent un rôle particulier, renforçant les propriétés que l'on peut démontrer pour des ensembles convexes arbitraires ;
- les cônes convexes sont des objets très souvent rencontrés.
À un ensemble convexe, on peut associer un certain nombre d'ensembles, comme :
- son enveloppe affine ;
- son intérieur relatif ;
- son cône asymptotique, etc. ;
Les ensembles convexes peuvent être le résultat de diverses constructions :
- enveloppe convexe ;
- enveloppe convexe fermée ;
- enveloppe conique d'un autre ensemble ;
- image directe ou réciproque d'un convexe par une application linéaire ;
- ensemble de sous-niveau d'une fonction convexe, etc.
On peut aussi effectuer un certain nombre d'opérations avec les ensembles convexes, telles que :
- la projection sur un ensemble convexe ;
- la séparation de deux convexes ;
- la détermination de son cône dual, de son ensemble polaire, etc.
