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  • Problème primal

    Formulaire de report


    Problème primal \((P)\)
    Problème d'Optimisation sous contraintes mixtes d'égalité et d'inégalité. $$\text{Trouver }x\in\{g=0\}\cap\{h\leqslant0\}\text{ tq }f(x)=\inf_{\{g=0\}\cap\{h\leqslant 0\} }f$$
    • on note \(v(P)\) \(:=\inf_{\{g=0\}\cap\{h\leqslant 0\} }f\) la valeur du problème primal
    • on peut définir un Lagrangien pour ce problème : $$\mathcal L:\begin{align} U\times D&\longrightarrow{\Bbb R}\\ (x,\alpha)&\longmapsto f(x)+\langle{\alpha,c(x)}\rangle \end{align}$$ avec \(c:x\mapsto(g(x),h(x))\), de manière à avoir \(\langle{\alpha,c(x)}\rangle =\langle{\lambda,g(x)}\rangle +\langle{\mu,h(x)}\rangle \) si \(\alpha=(\lambda,\mu)\)
    •     
    • on pose \((G_*(\alpha),G_*(x)):=\) \((\inf_{x\in U}\mathcal L(x,\alpha),\sup_{\alpha\in D}\mathcal L(x,\alpha))\)
    •         
    • on a alors \(G^*(x)=\) \(\begin{cases} f(x)&\text{si}\quad x\in\{g=0\}\cap\{h\leqslant0\}\\ +\infty&\text{sinon.}&\end{cases}\) et \(v(P)=\) \(\inf_U G^*\)


    Résolution du Problème dual à partir du problème primal :
    • \(x_*\) est solution de \((P)\)
    • \(\exists\alpha_*\in D\) tq $$\partial_x\mathcal L(x_*,\alpha_*)=0\quad\text{ et }\quad\langle{\mu_*,h(x_*)}\rangle =0$$(conditions de KKT)

    $$\Huge\iff$$
    • \((x_*,\alpha_*)\) est un Point selle du Lagrangien \(\mathcal L\)
    • \(\alpha_*\) est solution du Problème dual
    • le Saut de dualité est nul



    Questions de cours


    On procède par disjonction des cas : si les contraintes sont satisfaites, alors on a une inégalité par positivité des composantes du vecteur \(\mu\).

    En prenant \(\mu=0\) (cas optimal), on obtient bien l'égalité.

    Dans l'autre cas, on prend \(\lambda=tg(x)\) et \(\mu=th(x)\) et on calcule le lagrangien.

    On obtient le résultat voulu en faisant tendre \(t\to+\infty\) (parce qu'on veut un \(\sup\)).



    La première condition nous donne le fait qu'on a un minimum global de \(\mathcal L(\cdot,\alpha_*)\) (par convexité du lagrangien).

    On a aussi \(\mathcal L(x_*,\alpha)\leqslant\mathcal L(x_*,\alpha_*)\) via la deuxième hypothèse, et en sachant que \(\mu_*\) fait baisser \(\langle{\mu,h(x_*)}\rangle \).

    On a donc un point selle par définition.

    Les autres résultats découlent alors de la Dualité forte.



  • Rétroliens :
    • Problème dual