Множество \(X\subseteq \mathbb{R}^n\) называется выпуклым, если вместе с любой парой точек \(x_1, x_2 \in X\)оно содержит все точки вида
\[x_\theta = \theta x_1 + (1-\theta)x_2\]В этом месте выпуклое множество определяется точно также, как и аффинное, разница в ограничениях на коэффициент \(\theta\). Если у аффинного множества коэффициент может быть любым действительным числом, то у выпуклого множества ограничение \(\theta \in [0,1]\).
Это означает, что выпуклое множество можно определить как множество, в котором для каждых двух любых точек содержится и весь отрезок, их соединяющий.
Вот такое множество — невыпуклое, потому что оно содержит такие пары точек, для которых отрезок, их соединяющий, окажется вне множества:
А вот такое, напротив, выпуклое, потому что все пары точек вместе с отрезками живут в этом множестве:
Примерами выпуклых множеств могут служить:
любое аффинное множество
луч, отрезок
шар по норме в \(\mathbb{R}^n\)
- эллипсоид
где \(P\) — это симметричная положительно определенная матрица
\[P = P^T \succ 0\]- решение системы линейных неравенств
- гиперплоскость
- полупространство
- полиэдр (многогранник)