利普希茨连续(Lipschitz continuity)和利普希茨常数(Lipschitz constant)
定义
给出两个 metric spaces (X,dX)(X,d_X)(X,dX) 和 (Y,dY)(Y,d_Y)(Y,dY),其中 dXd_XdX代表 XXX 的 metric,dYd_YdY 代表 YYY 的 metric,如果存在一个实数 K≥0K\ge0K≥0,对于 XXX 所有的 x1x_1x1 和 x2x_2x2
dY(f(x1),f(x2))≤KdX(x1,x2)d_Y(f(x_1),f(x_2))\le Kd_X(x_1,x_2) dY(f(x1),f(x2))≤KdX(x1,x2)
那么被称为利普希茨连续的函数 f:X→Yf:X\rightarrow Yf:X→Y
任何这样的 KKK 被称为函数 fff 的利普希茨常数(Lipschitz constant)
Lipschitz连续,要求函数图像的曲线上任意两点连线的斜率一致有界,就是任意的斜率都小于同一个常数,这个常数就是Lipschitz常数。
即,Lipschitz连续比一致连续要强。它限制了函数的局部变动幅度不能超过某常量。
- 从局部看:我们可以取两个充分接近的点,如果这个时候斜率的极限存在的话,这个斜率的极限就是这个点的导数。也就是说函数可导,又是Lipschitz连续,那么导数有界。反过来,如果可导函数,导数有界,可以推出函数Lipschitz连续。
- 从整体看:Lipschitz连续要求函数在无限的区间上不能有超过线性的增长,所以这些函数在无限区间上不是Lipschitz连续的。
特别地,如果存在一个正实数 K,对于所有的实数 x1x_1x1 和 x2:x_2:x2:
∣f(x1)−f(x2)∣≤K∣x1−x2∣|f(x_1)-f(x_2)|\le K|x_1-x_2| ∣f(x1)−f(x2)∣≤K∣x1−x2∣
这个个实值函数 f:R→Rf:R\rightarrow Rf:R→R 被称为利普希茨连续
在这个 case 中,Y 是 R 上的实数,有 the standard metric, dY(y1,y2)=∣y1−y2∣d_Y(y_1,y_2)=|y_1-y_2|dY(y1,y2)=∣y1−y2∣, X 是 R 的子集。
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