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         R = R ∪{−∞, +∞}          

       

       

       

       

         

       

       

       

       

       

         Γ    

         

         

       

       

         

       

       

         

       

       

       

       

       

         

         

       

       

       

      

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           R = R ∪{−∞,+∞}      

               R = R∪{−∞, +∞} = [−∞, +∞]

         R =

    ] − ∞, +∞[      X           

        inf {f 0(x) | x ∈ C }

       f 0 :  X  → R                   C  ⊆ X                 

     R      A ⊆ R        

    inf  A    

      sup A    

      A  = {f 0(x) |  x ∈  C }    inf {f 0(x) | x ∈ C }        R    

    inf C 

    f 0 := inf {f 0(x) | x ∈ C }.

       A    inf  A ∈ A      min A      inf  A      

                  C     δ C  :  X  → R,    

    δ C (x) =

    0   x ∈ C,+

    ∞  x /

    ∈ C.

         

    α + (+∞) = (+∞) + α = +∞, ∀α ∈ R,      f 0 + δ C       (f 0 + δ C )(x) := f 0(x) + δ C (x)       

    inf C 

    f 0 = inf X 

    (f 0 + δ C )

     C  = ∅    

    inf C 

    f 0 ∈ {f 0(x) | x ∈ C } ⇔ inf X 

    (f 0 + δ C ) ∈ {f 0(x) + δ C (x) | x ∈ X }.

       

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    inf 

    {f (x)

     | x

     ∈ X 

    },

       f :  X  → R∪{+∞}      f  = f 0+ δ C         f   

       

         R∪{−∞}                   R 

       λ ∈ R      f, g :  X  → R      

    f  + λg        R      R      

      (+∞) + α =  α + (+∞) = +∞    ∀α ∈ R ∪ {+∞}.   (−∞) + α =  α + (−∞) = −∞    ∀α ∈ R ∪{−∞}.  

    α · (+∞) = +∞    α > 0     α · (+∞) = −∞    α

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             R = R ∪{−∞, +∞}     

       

    arg min f   := {x ∈ X  | f (x) = inf X  f }    inf X  f inf X f 

    Γγ (f )       

    = ∅        f  ≡ +∞  

       Γγ (f ) × {γ } = epi f  ∩ (X  × {γ }).

         

         R    

       

     

           (f i)i∈I         (I  = ∅)      f i :  X  → R 

       supi∈I  f i       inf i∈I  f i      

    (supi∈I 

    f i)(x) := sup{f i(x) | i ∈ I }

       

    (inf i∈I 

    f i)(x) := inf {f i(x) | i ∈ I }

         R    

    epi(supi∈I 

    f i) =i∈I 

    epi f i

       

    epi(inf i∈I 

    f i) ⊇i∈I 

    epi f i,

       |I | <  +∞  

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    epi(sup f i) =

     {(x, α)

     ∈ X 

     ×R

    | sup f i(x)

     ≤ α

    }= {(x, α) ∈ X  ×R | f i(x) ≤ α,  ∀i ∈ I }=i∈I 

    epi(f ).

      i∈I 

    epi(f i) = {(x, α) ∈ X  ×R | ∃i ∈ I , f i(x) ≤ α}

    ⊆ {(x, α) ∈ X  ×R | inf  f i(x) ≤ α}= epi(inf  f i),

      |I |   <   +∞          i ∈ I  

         

     

             f :  X  → R    

           

      ∀x ∈ X, f (x) > −∞

     

       dom f 

     = φ

     

      ∃x0

     ∈ X 

         f (x0) <  +

    ∞ 

           −∞    f     −∞      inf X  f > −∞      f                  

           

       X 

       

       (X, τ )  

         

       x ∈ X       N x(τ )      x        τ            f :  X  → R ∪ {+∞}      τ           τ             x  

    ∀λ < f (x), ∃N λ ∈ N x(τ ) : ∀y ∈ N λ, f (y) > λ.    x ∈ X       f      τ       X            

    f :  X  → R ∪ {+∞}    

      f 

        τ 

           X 

     

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        epi(f )        X  ×R        τ  × τ R        τ R      R

     

        ∀γ  ∈R     Γγ (f )        (X, τ )       ∀γ  ∈R     {x ∈ X  | f (x) > γ } ∈ τ  

       ∀x ∈ X      f (x) ≤ lim inf y→x

    f (y) := supN ∈N X(τ )

    inf y∈N 

    f (y)

        (i) ⇒   (ii)      (x, λ)   /∈  epi(f )        λ < f (x)        γ  ∈  R    

    λ < γ < f (x)   

      (i)    

      N γ  ∈ N x(τ )      ∀y ∈  N γ , f (y)  > γ     (y, γ )  /∈ epi(f )      (N γ ×]−∞, γ [)∩epi(f ) = ∅      N γ ×]−∞, γ [∈ N (x,λ)(τ ×τ R)     epi(f )C   

    (ii) ⇒

     (iii)      Γγ (f )× {

    γ }

     = epi(f )∩

    (X  × {

    γ }

    )      Γγ (f )× {

    γ }

       

       X  ×R      Γγ (f )        X  

    (iii) ⇒ (iv)  (iv) ⇒ (v)      x ∈ X       γ < f (x)      N   = {y ∈ X  | f (y) > γ } ∈ N x(τ )          x      γ  ≤   inf 

    y∈N f (y)      γ  ≤   sup

    N ∈N x(τ )inf 

    y∈N f (y) 

       γ < f (x)      (v) 

    (v) ⇒ (i)      λ < f (x)      (v)    λ <   supN ∈N X(τ )

    inf y∈N 

    f (y)      N  ∈ N x(τ ) :λ <   inf 

    y∈N f (y) 

           (X, τ )    f      τ     ⇔ ∀x ∈ X xn → x, f (x) ≤

    lim inf n→+∞

    f (xn) := supn∈N

    inf k≥n

    f (xk) 

       

     

            {f i}i∈I       τ       f i :  X  →R ∪ {+∞}      sup

    i∈I f i     τ       I       min

    i∈I f i    

    i∈I 

    f i      τ   

         

         

         

              

             f :  X  → R ∪ {+∞}      τ               γ  ∈ R       

    Γγ (f ) = {x ∈ X  | f (x) ≤ λ}        X         τ            f       τ       Γγ (f )  

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            (V, ·)        f :  V  → R ∪ {+∞}       

            lim

    x→∞f (x) = +∞ 

           (V, ·)        f :  V  → R ∪ {+∞}  

       (i)   f         (ii) ∀γ  ∈   R,   Γγ (f )  dim V <   +∞      f     f       

    (V, ·)  dim V  −∞        x∗ ∈   X         f         X     f (x∗) = min

    x∈X f (x) 

         

                 

       τ           (xn)n∈N        f     lim

    n→+∞f (xn) = inf X  f       

      inf X  f > −∞        n ≥ 1, xn ∈ X       inf X  f  ≤f (xn) ≤ inf X  f  +   1n    inf X  f   = −∞        xn ∈ X       f (xn) ≤ −n          inf X  f  = +∞      f  ≡ +∞    x∗ ∈   X       f (xn) ≤   max{inf X  f   +   1n , −n} ≤   max{inf X  f   +1, −1} =:  γ 0 ∈R      γ 0 >  inf X  f       xn ∈ Γγ 0(f )      n ≥ 1      Γγ 0(f )      (xnk)      τ       x∗

    ∈ X     lim

    k→∞

    f (xnk) = inf X  f 

         τ 

         f 

       f (x∗) ≤   lim

    k→∞f (xk) = inf X  f     inf X  f > −∞       f (x∗) = inf X  f  

       arg min f  = ∅    

    arg min f  =

    γ>inf X f 

    Γγ (f ) =

    γ 0>γ>inf X f 

    Γγ (f )

       γ 0 ∈R      γ 0 >  inf X  f     inf X  f

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         τ         

    ∃γ 0   >   inf X  f    : Γγ 0(f )    

    f :  R →  R     f (x) =   x21+x2

         Γγ (f )    γ <  1       Γ1(f ) =  R     

       τ 

       

     

            f :  X  →   R ∪ {+∞}        τ         K  ⊆   X         τ      x∗ ∈ K       f (x∗) = minK  f       g :=  f  + δ K .

       

       

       

      X   

           C  ⊂  X                 C ∞    

       

    C ∞ =

     d ∈ X 

      ∃tk → ∞, ∃xk ∈ C       lim xktk = d

    .

         C          +∞      C ∞    

      C ∞  

     

    C ∞

     =  C ∞  

       C       C ∞    

    C ∞   =   {d ∈ X  |  d + C  ⊂ C }=   {d ∈ X  |  x + td ∈ C       t > 0}

       x ∈ C  

         

     C       C ∞ =  C  

     C       C ∞  = {0}      X       

     C       C ∞        C  

       C       C  = { x ∈ Rn |  Ax ≤ b }      A    m × n       b ∈ Rm    C ∞ = {  d ∈ Rn |  Ad ≤ 0 } 

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           (C i)i∈I      X     

      i∈I C i∞ ⊆ i∈I (C i)∞      

     

    i∈I 

    C i

    ⊇ i∈I 

    (C i)∞    I   

            f   :  X  → R ∪ {+∞}                     f ∞    

    f ∞(d) = inf 

    lim inf 

    k→∞

    f (tkdk)

    tk

      tk → +∞, dk → d

         

    C     

      (δ C )∞ =  δ C ∞

             f, g   :  X  →  R ∪ {+∞}        dom f  ∩ dom g = ∅      

    h =  f  + g  

     f 

         g

         h

     

         d ∈ X       f ∞(d)       g∞(d)    +∞      −∞    h∞(d) ≥ f ∞(d) + g∞(d).

           f       epi(f ∞) = (epi f )∞  

           (epi f )∞ ⊆ epi(f ∞)      (d, µ) ∈ (epif )∞        tk  → ∞       (dk, µk) ∈   epi f     t−1k   (dk, µk) →  (d, µ)      f (dk) ≤  µk      t−1k   f (t−1k   dk · tk) ≤  t−1k   µk        

    f ∞(d) ≤ µ      (d, µ) ∈ epi(f ∞) 

         (d, µ) ∈   epi(f ∞)      tk → ∞       dk →   d    

    f ∞(d) = limk→∞

    t−1k   f (tkdk)      (d, µ) ∈  epi(f ∞)          ε >  0      k      f (tkdk) ≤ (µ−ε)tk      zk  = tk(dk, µ+ε) ∈ epi(f ∞)      t−1k   zk  = (dk, µ+ε) → (d, µ+ε)       

    (d, µ + ε) ∈   (epi f )∞      (epi f )∞        ε    (d, µ)

     ∈ (epi f )∞  

            (f i)i∈I       X       R ∪ {+∞}    supi∈I 

    f i

    ≥   supi∈I 

    {(f i)∞}    

    inf i∈I 

    f i

    ≤   inf i∈I 

    {(f i)∞} .

     I   

          f   : X  → R ∪ {+∞}        λ > inf  f   

    [Γλ(f )]∞ ⊆ {d ∈ X  |  f ∞(d) ≤ 0 }.

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            d ∈   [ Γλ(f ) ]∞      xk ∈   Γλ(f )       tk → ∞    lim

    k→∞t−1k   xk   =   d      dk   =   t

    −1k   xk  →   d      xk  ∈   Γλ(f )      t−1k   f (tkdk) =

    t−1k   f (xk) ≤ t−1k   λ → 0    f ∞(d) ≤ 0  

             (f i)i∈I         X       R ∪ {+∞}          

    S       X 

           C   = {   s ∈   S   |   f i(x) ≤   0 ∀i ∈   I  }      

    C ∞ ⊆ {  d ∈ S ∞ |  (f i)∞(d) ≤ 0 ∀i ∈ I  }  

           C i   = {x    f i(x) ≤  0}      C   =  S  ∩

    i∈I 

    C i

       

       C ∞ ⊆ S ∞ ∩

    i∈I (C i)∞

     

             

    f   :R

    n

    → R ∪ {+∞}      f ∞(d) >  0      d = 0      f   

           f ∞(d) >  0      d = 0      λ > inf  f  

    0 ∈ [ Γλ(f ) ]∞ ⊆ {  d ∈ Rn |  f ∞(d) ≤ 0 } = {0}.    {0}      Γλ(f )  

             i  = 0, 1, . . . , m        f i   : Rn → R ∪ {+∞}   

         C   = {   x ∈  Rn |   f i(x) ≤  0 ∀i }        dom f 0 ∩ C  = ∅        

    (P ) inf  {  f 0(x) |  x ∈ C  }.

         f  = f 0 + δ C       

    (P ) inf  {  f (x) |  x ∈ Rn }.

         (f 0)∞(d) > −∞        d = 0      f i, i ≥ 1      

       

    (f i)∞(d) ≤ 0 ∀i  ⇒   d = 0,      

    (

    P )

     

          f ∞(d) ≥   (f 0)∞(d) +  δ C ∞(d)     f ∞(d) ≥   (f 0)∞(d)      d ∈   C ∞        

    f ∞(d)   >   0      d = 0        f       

     

       

     

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             (E, d)

           f :  E  →R∪{+∞}

       

       x0 ∈ dom(f )       ε > 0        x̄ ∈ E          

    f (x̄) + εd(x0, x̄) ≤ f (x0),     ∀x = x̄      f (x̄) < f (x) + εd(x, x̄).

           ε   = 1

         f :  E  →   R+ ∪ {+∞}  

       F   : E 

     → 2E     

    F (x) = {y ∈ E  | f (y) + d(x, y) ≤ f (x)},  

    y ∈ F (y),   y ∈ F (x)      F (y) ⊆ F (x).           

         v : dom(f ) → R   

    v(y) := inf z∈F (y)

    f (z).

       

    y ∈ F (x)    

      d(x, y) ≤ f (x) − v(x),    

    diam(F (x)) ≤ 2(f (x) − v(x)).      

    (xn)n∈N      x0   

    xn+1 ∈ F (xn), f (xn+1) ≤ v(xn) + 2−n.    

    F    v(xn) ≤ v(xn+1)      v(y) ≤ f (y)    

    v(xn+1) ≤ f (xn+1) ≤ v(xn) + 2−n ≤ v(xn+1) + 2−n

       

    0

     ≤ f (xn+1)

    −v(xn+1)

     ≤ 2−n.

      diam(F (xn)) →  0      F (xn)          ̄x ∈ E     

    n∈N

    F (xn) = {x̄}.

       ̄x ∈  F (x0)      (i)    x̄ ∈ F (xn) ∀n      F (x̄) ⊂  F (xn)          

    F (x̄) = {x̄}.    

    x = x̄      x /∈ F (x̄)      (ii)

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    17/103

               

             f :  X  →   R       ε >   0    ε   

          

    ε − arg min f  ={x ∈ X  | f (x) ≤ inf  f  + ε}    inf  f > −∞,

    {x ∈ X  | f (x) ≤ −1ε}  

                   

       ε, λ > 0

           x0 ∈ ελ − arg min f         x̄ ∈ E       

      f (x̄) ≤ f (x0)  

       d(x0, x̄) ≤ λ   

       

    ∀x

     ∈ E, f (x̄)

     ≤ f (x) + εd(x, x̄)

     

         

         

       V 

           τ 

           

               

    V  × V    →   V (v, w)   →   v + w

       

    R× V    →   V (λ, v)   →   λv

       τ ×τ       V  ×V        τ R×V       R×V   

       

                 

     

       (V, · )      

     

     (V, τ )

         (V, τ )∗

       V ∗

       

       

    V       

      R      

      τ     

    V       V ∗                (V, τ )    v∗ ∈   V ∗    v ∈   V     

    v, v∗ :=  v∗(v),    

    ·, · :  V  × V ∗ → R                V     V ∗    V     V ∗    v ∈ V            v, · :  V ∗ → R      V ∗  

        

         V  ∗

                     

         V    

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    18/103

              

           

                              H 

     ⊆ V       

      {v

     ∈V  | f (v) = α}      f :  V  → R        α ∈ R 

               [ =  α] = {v ∈ V  | f (v) = α}    [ ≤ α] = {v ∈ V  | f (v) ≤ α}    

          

           [  =  α]     τ      ∈  (V, τ )∗            

    [ ≤  α]       [ ≥  α]      [ < α]       [ > α]        (V, τ ) 

           C  ⊆ V                 x, y ∈ C       λ ∈ [0, 1]    

    λx + (1 − λ)y ∈ C.      

    f :  V  → R ∪ {+∞}                x, y ∈ V       λ ∈ [0, 1]  

    f (λx + (1 − λ)y) ≤ λf (x) + (1 − λ)f (y).

       f :  V  → R ∪ {+∞}      epi f         V  × R 

         

                     (V, τ )

           A, B ⊆  V 

         

      A ∩ B  = ∅  

       A        A       B       ∈ (V, τ )∗     α ∈ R        A ⊆ [ ≤ α]       B ⊆ [ ≥ α] 

       (V, τ )        A        B            

    A     B

            ∈   (V, τ )∗    α ∈   R       ε >   0        A ⊆   [ ≤

    α − ε]     B ⊆ [ ≥ α + ε].

          (V, τ )          

       v1

     =   v2      V     

       v∗ ∈ (V, τ )∗    v∗(v1) = v∗(v2) 

     

          (V, τ )

           C  ⊆ V         τ     

    C  =

    {S  | C  ⊆ S        S         }.

           u /∈  C         A   :=  C        B   := {u}      S     

    C  ⊆ S      u /∈ S 

     

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    19/103

              

       

       V ∗        V ∗    V             v, ·     v ∈ V       σ(V ∗, V )               V ∗    V 

         V ∗

       (V ∗, σ(V ∗, V ))

     

     

                     (V, τ )        V ∗      :  V ∗ → R

       σ(V ∗, V )

           v ∈  V 

           ∀v∗ ∈ V ∗, (v∗) =

    v, v∗      V       (V ∗, σ(V ∗, V ))∗      v → v, ·          v

     ∈  V         V ∗

      v∗

    → v, v∗

      =   v∗(v)  

    σ(V ∗, V )    V       (V ∗, σ(V ∗, V ))∗    

    :  V ∗ → R        σ(V ∗, V )    v ∈  V        = v, ·      v        U   = {v∗ ∈  V ∗ |(v∗) <  1}    ∃ε > 0        v1,...,vn ∈ V       {v∗ ∈ V ∗ | vi, v∗ ≤ ε, ∀i = 1,...,n} ⊆ U   

       

    ni=1

    Kervi, · ⊆ Ker .

       F  :  V ∗ → Rn    F (v∗) = (

    vi, v

    )ni=1

         L :  F (V ∗) → R    L(y1,...,yn) = (v

    ∗)

       v∗ ∈ V ∗

       F (v∗) = (y1,...,yn)        L    

       F (V ∗)     Rn          R

    n    

    L(y) =n

    i=1

    αiyi.

     

    ∀v∗ ∈ V ∗, (v∗) =n

    i=1

    αivi, v∗ =   ni=1

    αivi, v∗ ,    v =

    ni=1 αivi  

         V       σ(V, V ∗)          ·, v∗     v∗ ∈  V ∗  σ(V, V ∗)      τ       (V, σ(V, V ∗))∗      V ∗    (V, σ(V, V ∗))      (V, τ )      

     

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            (V, τ )        V ∗    

       C 

     ⊆ V 

       

    C      τ  −      C      σ(V, V ∗) −        .

       f :  V  → R ∪ {+∞}    f 

        τ  −

         f 

        σ(V, V ∗) −

     

           σ(V, V ∗) ⊆  τ         

    τ     

      σ(V, V ∗)      

       C      σ(V, V ∗)  

       

    f   

      epi(f )      

      V  ×R    

      f    

      τ   

      epi(f )        τ  × τ R      V  ×R 

           

        (V, ·)      V ∗        

        V 

     

     

             

    (V, ·)    

       σ(V, V ∗)        

         

     

             (V, ·)        f :  V  → R ∪ {+∞}            σ(V, V ∗)        u ∈ V         ∀v ∈ V, f (u) ≤ f (v).        

    (V, ·)        f :  X  →  R ∪ {+∞}            

    u

     ∈ V 

         

      ∀v

     ∈ V, f (u)

     ≤ f (v).

           f         V         f      σ(V, V ∗)          

    σ(V, V ∗)    

     

           

         τ  = σ(V, V ∗) 

         

     

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    21/103

                

                   (V, ·) =(C ([0, 1];R), ·∞)    

    v∞ = sup {|v(t)| | t ∈ [0, 1]} .    

    C  :=

    v ∈ V 

       1/20

    v(t)dt −   11/2

    v(t)dt = 1

    .

       C     C         

    δ C     

    Γγ (δ C ) = ∅   γ  1      vn : [0, 1] → R   

    vn(x) =

    β n   x ∈ [0, αn]

    β nαn−

    1

    2

    x +   12β n

    1

    2−αn

    x ∈]αn, 1 − αn[−β n   x ∈ [1 − αn, 1]

       αn =  12 −   1n , β n = 1 +   1n      vn ∈ C       vn∞ =   n+1n    

    d(0, C ) = 1 

       u ∈  C       u∞   = 1     

    1/20   u(t)dt

     ≤   12    

     

    11/2 u(t)dt

     ≤   12

        1/20   u(t)dt   =  11/2 u(t)dt   =   12     1/20   (1 − u(t))dt   = 0    1 − u(t) ≥ 0      u ≡ 1    0,  12    u ≡ −1    12 , 1        u        d(0, C )    (C ([0, 1];R), ·∞)          

       inf V  f

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    22/103

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    23/103

                

       clτ (f )     τ     clτ (f )(x) ≤ lim inf y→x

    clτ (f )(y) ≤ lim inf y→x

    f (y)    

    h(x) := liminf y→x

    f (y) = sup

    V ∈N x

    inf y∈V 

    f (y)      f      τ     

    h ≤ clτ (f ).  

    clτ (f ) ≤ f     f      τ       f (x) ≤ lim inf y→x

    f (y) = clτ  f (x)  

          f :  X  → R ∪ {+∞}

       

    clτ (f )(x) = min{lim inf d

    f (xd) | D      (xd)d∈D        , xd → x}.

       (X, τ )

       

    clτ (f )(x) = min

    {lim inf 

    n→∞

    f (xn)

     | (xn)n∈N      xn

     → x

    }.

           

    liminf y→x

    f (y) = supε>0

    inf y∈Bτ (x,ε)

    f (y).

        xn  →   x      ∀ε >   0, ∃n0(ε)  ∈   N,   ∀n ≥   n0, xn  ∈   Bτ (x, ε)  f (xn) ≥   inf 

    y∈Bτ (x,ε)f (y)        inf 

    n≥n0f (xn) ≥   inf 

    y∈Bτ (x,ε)f (y)      liminf 

    n→∞f (xn) = sup

    k∈Ninf n≥k

    f (xn) ≥inf 

    y∈Bτ (x,ε)f (y).

         ε

         xn → x

    lim inf y→x

    f (y) ≤ inf {lim inf n→∞

    f (xn) | xn → x}.

         n ≥ 1      xn ∈ Bτ (x,   1n )    inf 

    y∈Bτ (x,1

    n)

    f (y) ≥ f (xn) −   1n     inf Bτ (x,

    1

    n)

    f > −∞−n ≥ f (xn)    inf 

    Bτ (x,1n)

    f  = −∞.

       

    lim inf y→x

    f (y) ≥   limn→∞

    inf y∈Bτ (x, 1n )

    f (y) ≥ lim supn→∞

    f (xn) ≥ lim inf n→∞

    f (xn)

     

           f :  X  → R ∪ {+∞}      inf X  f  = inf X  clτ (f )      

    inf U  f  = inf U  clτ (f )        U  ∈ τ       arg min f  ⊆ arg min clτ (f ).        

    f  ≥  clτ (f )      inf U  f  ≤  inf U  clτ (f )      x ∈ U      U  ∈  τ       U  ∈ N x(τ )      clτ (f )(x) ≥ inf U  f .      x        inf U  clτ (f )(x) ≥ inf U  f     x ∈ arg min f     

    clτ (f )(x) ≤ f (x) = inf X 

    f  = inf X 

    clτ (f )

       x ∈ arg min clτ (f ).

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    24/103

               

             f :  X  → R∪{+∞}       (xn)n∈N        f           ̄

    x ∈ X       

      (xnk)k∈N        xnk →  x̄      x̄        clτ (f )    

    X  

           limn→∞

    f (xn) = inf X  f     

    clτ (f )(x̄) ≤   limk→∞

    f (xnk) = inf X 

    f  = inf X 

    clτ (f ).

             min{clτ (f )(x) |  x ∈  X }               

       inf {f (x) | x ∈ X }.

            F  : (X, τ ) →

    R

    ∪ {+

    ∞}      G : (X, τ )

     →R    

    (F  + G)τ 

    = F τ 

    + G.

            p ∈]1, +∞[  

    (P ) inf  v∈V 

    1

     p

     Ω|∇v(x)| pdx −

     Ω

    g(x)v(x)dx

      v = 0      Ω ,    

    Ω ⊆RN       g          V       V   =  C 1c (Ω)       Ω        g       F  :  L p(Ω) → R ∪ {+∞}    

    F (v) =

    1 p

     Ω|∇v| pdx    v ∈ C 1c (Ω),

    +∞  

       F   =   F Lp

       v ∈dom(F )

         vn → v      L p(Ω)      lim inf 

    n→+∞F (vn) <  +∞      

        limn→+∞

    F (vn)      supn F (vn)   <   +∞      supn

    ∇vn

     p,Ω  <  +

    ∞    

      sup

    vn

    1,p,Ω  <  +

    ∞    

      vn

    1,p,Ω  =

     vn

     p,Ω +

    ∇vn

     p,Ω    

    (vn)n∈N ⊂   C 1c (Ω)        W 1,p(Ω)          w ∈ W 1,p(Ω)        (vnk)k∈N      vnk   w        

    W 1,p(Ω)  

      vnk   w      L p(Ω)

           w  =  v

       vnk   v    

        W 1,p(Ω)       (vnk)k∈N ⊆ C 1c (Ω) ⊆ W 1,p0   (Ω)      W 1,p(Ω)          

    v ∈ W 1,p0   (Ω)    dom(F ) ⊆ W 1,p0   (Ω)   v ∈ W 1,p0   (Ω) = C 1c (Ω)

    ·1,p      (vn)n∈N  ⊂  C 1c (Ω)   

       vn → v      W 1,p0   (Ω)      ∇v p,Ω   = limn→∞∇vn p,Ω    dom(F ) = W 1,p0   (Ω)

      v ∈   W 1,p0   (Ω)      F (v) ≤   1 p∇v p p    v ∈   W 1,p0   (Ω)       vn →   v    

    L p(Ω)    

      vn   v      

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    25/103

                

    W 1,p(Ω)      ∇vn    ∇v        L p(Ω)N     Φ :  L p(Ω)N  →  R    Φ(f ) =   1 p  Ω

    |f (x)| pdx    

    1 p

    ∇v p p ≤ lim inf n→∞1

     p∇vn p p.

       

    1 p∇v p p ≤ F       

    F (v) =

    1 p∇v p p    v ∈ W 1,p0   (Ω),+∞  

       g ∈ Lq(Ω)      1 p +   1q   = 1      G :  L p(Ω) → R    

    G(v) := − Ω

    g(x)v(x)dx.

       J (v) := F (v) + G(v)    

    J (v) =

    1 p

     Ω|∇v(x)| pdx −

     Ω g(x)v(x)dx    v ∈ W 1,p0   (Ω),

    +∞      

    (P ) inf  v∈Lp(Ω)

    J (v) ≤ J (0) = 0 <  +∞.

        (vn)n ⊂ L p(Ω)        (P )    limn→∞

    J (vn) = inf Lp J     

       supn J (vn)   <   +∞    (vn)n∈N

     ⊆  C 1

    c

    (Ω) ⊆

      W 1,p

    0

      (Ω)     sup

    n∇vn

     p   <   +

    ∞    

       (vn)n∈N        W 1,p0   (Ω)    

         v̄ ∈  W 1,p0   (Ω)       (vnk)k∈N      vnk →  v̄      L p(Ω)        ̄

    v ∈ arg min J   

      v̄    

    (P ) inf  v∈Lp(Ω)

    J (v).

         Γ      

         Γ                       

        (X, d)        {F n}n∈N      X     R        u ∈ X     

    (Γ(d) − lim inf n→+∞

    F n)(u) := inf {lim inf n→+∞

    F n(un) :   un → u},   

    (Γ(d) − lim supn→+∞

    F n)(u) := inf {lim supn→+∞

    F n(un) :   un → u}.

       Γ(d)− liminf  F n ≤ Γ(d)− lim sup F n      {F n}n∈N     Γ                       F       u ∈   X       F (u) =(Γ(d) − limn→∞ F n)(u)      u ∈ X   

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    26/103

              

         un → u    

    F (u) ≤

     lim inf n→+∞

    F n(un) ,

         un → u    

    F (u) = lim F n(un).

           Γ

       

      Γ(d) − lim F   = cld(F )   F   = Γ(d) − lim F n      F     

       d      Γ          

    Γ      

       Γ         X         X       Γ  

           F n      X       R      Γ    

         

    Γ(d) −   limn→+∞

    F n = cld( inf n∈N

    {F n}).

         Γ        

             

    {F n

    }n      F        G        X       R      

    F   = Γ −   limn→+∞

    F n.

         G    

    lim supn→+∞

    (inf {F n + G}) ≤ inf {F  + G}.

         unk ∈   arg min{F nk  + G}        u ∈   X       u ∈arg min{F  + G}       inf {F nk + G} → inf {F  + G}          

    (F n +  G)n∈N     Γ        F  + G          G ≡ 0      inf  F > −∞        ε >  0      uε      ε        F  

    F (uε) ≤ inf  F  + ε.    un → uε      limn→+∞ F n(un) = F (uε)    

    lim supn→+∞

    (inf  F n) ≤   limn→+∞

    F n(un) ≤ inf  F  + ε,

       ε >   0      lim supn→+∞(inf  F n) ≤   inf  F     inf  F   = −∞     

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    27/103

               

        uk   =  unk        u      uk ∈  arg min(F nk)        Γ        

    F (u) ≤ lim inf k→+∞ F k(uk),    

    F (u) ≤ lim inf k→+∞

    inf  F k

       u ∈ arg min F       limk→+∞ inf  F nk  =

    inf  F  

         

            (X, τ )      x ∈ X         f (x) = sup{g(N ) |N 

     ∈ N x(τ )

    }      g        R

    ∪ {+

    ∞}      τ     

      N x(τ )    

       τ       x      f   

             V         U :  V   →   R  

       U       Ω ⊂ V       (xn)n∈N ⊆ Ω  

    (|U (xn)|)n∈N  U (xn) = 0      n    U (xn) → 0      V ∗  

       ̄x

     ∈ X 

         U (x̄) = 0

       

    lim inf n→+∞

    U (xn) ≤ U (x̄) ≤ lim supn→+∞

    U (xn).

       V       U         U (x) →   +∞      x →   +∞      U       V   

       U 

       

    U     U       V       U           V   

                    (E, d)        G :  E  →  2E      ̄

    x               

      G    x̄ ∈ G(x̄) 

         f :  E  →R∪{+∞}        x ∈ E         y ∈ G(x)      f (y) + d(y, x) ≤ f (x)    G  

                 G    

    Grafo(G) = {(x, y) ∈ E  × E  | y ∈ G(x)}.    Grafo(G)      f :  E  → R+ ∪ {+∞}            x ∈ E         y ∈ G(x)      f (y) + d(y, x) ≤ f (x)      G      

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    28/103

              

                     {F n :  Rn ×Rm →  R, n ∈  N}

                 F  :  Rn ×Rm →  R      (x, y) ∈

    Rn

    ×Rm    

       xn → x      yn → y      lim supn→+∞ F n(xn, yn) ≤ F (x, y)     

    yn → y      xn → x      lim inf n→+∞ F n(xn, yn) ≥ F (x, y)     (F n)        F       (x̄n, ȳn)        (x, y) ∈ Rn ×Rm    

    F n(x, ȳn) ≤ F n(x̄n, ȳn) ≤ F n(x̄n, y).

     (x̄n, ȳn) → (x̄, ȳ)    

    F (x, ȳ) ≤ F (x̄, ȳ) ≤ F (x̄, y).

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    29/103

         

         

       

        V         f :  V  →   R  epi f       V  × R    f   ∀n ≥ 2, ∀v1,...,vn ∈ V, ∀λ1,...,λn ∈R+ ∪ {0} :

    ni=1

    λi = 1

      ni=1

    λivi

    ni=1

    λif (vi).

           f :  V 

     →R

     

       λ ≥ 0

         λf 

     

       g :  V  → R      f  + g      A :  W  →  V       f  ◦ A  

       θ : R → R      θ ◦ f       (f i)i∈I         V       R      f  = sup

    i∈I f i   

     

         W 

           g :  V 

     ×W 

     →R

         

    h :  V  → R        h(v) = inf w∈W 

    g(v, w)  

       g   :   Rm →   R        F  :  V  →   Rm      F (x) = (f 1(x),...,f m(x))    f i :  V  → R      g◦F         g =  g(y1,...,ym)           yi        i = 1,...,m 

         

       (i)       (ii)        V                 

      

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         V       f :  V  → R    

           

    −f   

         

         

     

             (V, ·)

           f :  V  → R ∪ {+∞}

         

       

       f         x0 ∈ dom(f ) 

       f 

           x0 ∈ dom(f ) 

        f         x0 ∈ dom(f ) 

       f 

           int(dom(f )) = ∅  

       f         int(dom(f )) = ∅  

        int(epi(f )) = ∅ 

           (i) ⇒ (ii) ⇒ (iii) ⇒ (i)      (i) ⇒ (iv) ⇒ (v) ⇒ (vi) ⇒ (i) 

    (i) ⇒   (ii)      x0   = 0          ̄

    f (x) = f (x + x0)      

      ε > 0   

      M  ∈R      

      x    

      x ≤ ε    

      f (x) ≤ M       x1, x2      xi ≤   ε2   i = 1, 2       x1 = x2      α := x1−x2 >  0  

       y   =   x1 +  ε2α (x1 − x2)    y − x1  =   ε2    

    y ≤ ε       f (y) ≤ M     x1  =   2α2α+ε y +   ε2α+ε x2      f     

    f (x1) ≤   2α2α + ε

    f (y) +  ε

    2α + εf (x2).

       

    f (x1) − f (x2) ≤   2α2α + ε

    [f (y) − f (x2)] ≤   2α2α + ε

    [M  − f (x2)]

       

    0 =  12x2 +

      12(−x2)      f (0) ≤

      12f (x2) +

      12f (−x2)      −f (x2) ≤

    f (−x2) − 2f (0) ≤ M  − 2f (0)  

    f (x1) − f (x2) ≤   4α2α + ε

    [M  − f (0)] ≤  4 M̄ 

    ε  x1 − x2,

         ̄M > 0  

       x1       x2      |f (x1) − f (x2)| ≤   4  M̄ ε x1 − x2 

    (ii) ⇒ (iii)       (iii) ⇒ (i)  

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    31/103

          

    (i) ⇒   (iv)        x̄ ∈   int(dom(f ))      ε >   0      yε   = x̄ +  ε(x̄ − x0)       ̄x =   11+ε yε +

      ε1+ε x0    ε > 0    yε ∈ dom(f )        U     

       

    x0    

      f     

      M     

    U ε  :=  1

    1 + εyε +

      ε

    1 + εU 

       ̄x    z ∈   U ε      ∃x ∈   U   :   z   =1

    1+ε y +  ε1+ε x      f 

    f (z) ≤   11 + ε

    f (y) +  ε

    1 + εf (x) ≤   1

    1 + εf (y) +

      ε

    1 + εM   := M ε,

       f       M ε      x̄  

    (iv) ⇒ (v)  (v) ⇒ (vi)        x ∈ int(dom(f ))       λ > f (x)      (x, λ) ∈ int(epi(f ))    γ  ∈ R      f (x) < γ < λ        U      x      ∀y ∈  U, f (y) < γ      

    (x, λ) ∈ U ×]γ, +∞[ ⊆ epi(f ) (vi) ⇒   (i)      U         a < b      U ×]a, b[⊆   epi(f )      ∀x ∈U,   (x,  a+b2   ) ∈ epi(f )      ∀x ∈ U, f (x) ≤   a+b2    0 :  B(x0, ε) ⊆ dom(f )        ê1, ..., ên   

       Rn     xi :=  x0 + εêi        i = 1,...,n    

    S  =

      ni=0

    λixi

    n

    i=0

    λi = 1, λi >  0, i ∈ {0, 1,...,n}

       x0      

      ni=0

    λixi

    ≤ max{f (xi) | i  = 0, 1,...,n} <  +∞.

       f         S  

       

         

         Rn

       n = 1

     

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            I         f   :   I  →   R      x0 ≤ y ≤ x1      I       

    f (y) − f (x0)y − x0 ≤

     f (x1) − f (x0)x1 − x0 ≤

     f (x1) − f (y)x1 − y   .

         x ∈ I       

    ∆x(y) := f (y) − f (x)

    y − x      y ∈ I \{x}        

           y  =   x1−yx1−x0x0 +  y−x0x1−x0

    x1  

          f   : I 

     ⊆R

    →R        I       

         f 

           I 

      

       f       I  

        f (y) ≥ f (x) + f (x)(y − x), ∀x, y ∈ I        f         C 2    f (x) ≥ 0, ∀x ∈ I  

         f           

    I   

        f       I  

       f (y) > f (x) + f (x)(y − x), ∀x, y ∈ I 

         x = y

     

       

       f (x) >  0, ∀x ∈ I 

           f  ∈ C 2

     

        (convexidad)  ⇒ (i)  (i) ⇒   (ii)      gx(y) :=   f (x) − f (y) + f (x)(y − x)      gx(x) = 0    gx(y) = −f (y)+f (x)      gx(y) ≥ 0    y ∈ I ∩]−∞, x]       gx(y) ≤=    y ∈ I ∩[x, +∞]   

    gx        y =  x      0  

    (ii) ⇒   (convexidad)      lx(y) =  f (x) +  f 

    (x)(y − x)    ∀x ∈ I , f (y) ≥ lx(y)       f (x) = lx(x)    f (y) = supy∈I  lx(y)        f   (ii) ⇒   (convexidad estricta)      x0 < x1      xλ  =  x0 + λ(x1 − x0)      lλ(y) =   f (xλ) + f ‘(xλ(y − xλ)      f (x0)   > lλ(x0)       f (x1)   > lλ(x1)      f (xλ) =l − λ(xλ  =  λlλ(x1) + (1 − λ)lλ(x0)      f (xλ) <  (1 − λ)f (x0) + λf (x1) 

     

         

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    33/103

                

    f (x) = ax2 + bx + c      R      a ≥ 0      a >  0  

    f (x) = eax     R      a = 0 

    f (x) = xα     ]0, +∞[      α ≥ 1      α > 1  

    f (x) = −xα     ]0, +∞[      0 ≤ α ≤ 1      0 < α

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       y ∈ Y       α ∈R      lα(x) = x, y − α                 f   

    ∀x ∈ X,  x, y − α ≤ f (x),    

    α ≥  supx∈X 

    {x, y − f (x)}.

             

                  f :  X  → R        f ∗ :  Y  → R

       

    f ∗(y) = supx∈X 

    {x, y − f (x)}.

             

    f ∗(y) = supx∈dom(f )

    {x, y − f (x)}

      dom(f ) = ∅    ∃x0 ∈ X       f (x0) = −∞      f ∗ ≡ +∞    f ∗    Y         ·, ·             

    ∀x ∈ X, ∀y ∈ Y, f (x) + f ∗(y) ≥ x, y.      

       y ∈ Y      f ∗(y)      α        ·, y      ·, y−α    f  

       f ∗(0) = − inf X  f     −f ∗(y) = inf x∈X {f (x)−x, y}      −·, y     X     Y         f         x, y − f (x)      x        

    y    

      f ∗(y)    

      y 

           f 

     ≤ g      f ∗

    ≥ g∗  

       (f i)i∈I         X       R    inf i∈I 

    f i

    ∗= sup

    i∈I f ∗i ,    

    supi∈I 

    f i

    ∗≤ inf 

    i∈I f ∗i .

         λ > 0      (λf )∗(y) = λf ∗( yλ )  

         α ∈ R

        (f  + α)∗ = f ∗ − α

     

         x0 ∈ X       f x0(x) = f (x − x0)      f ∗x0(y) = f ∗(y) + x0, y 

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       A :  X  → X       (f  ◦ A)∗ = f ∗ ◦ A∗−1        

    y0

     ∈ Y 

         f y0(x) = f (x) +

    x, y0

       

      f ∗y0(y) = f ∗(y

    −y0)  

         

            f (x) = exp(x)      R    

    f ∗(0) = 0 

      y > 0      f ∗(y) ≥ t(−y) − exp(t) → ∞      t → −∞    f ∗(y) = +∞    

    y <   0    

      f ∗(y)    

    f ∗(y) = y ln y − y    

    f ∗(y) =y ln y − y    y ≥ 0,

    +∞    y

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         X  = Y         f (x) =   12x2 = x, x    f (y) = f ∗(y)      12x2  

                    K       X     

    δ K (x) =

    0

       x ∈ K,

    +∞    x /∈ K 

       K     

    σK (y) := δ ∗K (y) = sup

    x∈K x, y.

       

     K  = {x0}      σ{x0}(y) = x0, y.

     (X, ·)        K  = {x ∈ X  | x ≤ 1}      σK (y) = y∗  

     K 

         σK (y) = δ K 0(y)    

    K 0 = {y ∈ Y  | ∀x ∈ K,  x, y ≤ 0}

                 K     K       (K 0)0 =   K     K  = {x ∈ X  | ∀y ∈ Y, x, y ≤ σK (y)} 

     K 

         σ

    K (y) = δ 

    K ⊥(y)    

    K ⊥ = {y ∈ Y  | ∀x ∈ K,  x, y = 0}

               K       K     (K ⊥)⊥ = K  

           K  ⊆   X       σK             

    σ    

         

    K  = {x ∈ X  | ∀y ∈ Y, x, y ≤ σ(y)}      

         (X,Y, ·, ·)

     

         

    Γ(X ) = {f :  X  → R | f       }Γ0(X ) = Γ(X ) \ {ω, ω}      ω ≡ +∞, ω ≡ −∞  

       f  ∈ Γ0(X )      f   

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    38/103

                

             f           (x, r)   /∈ epi(f )       

    (y, s) ∈ Y  ×R

    \ {(0, 0)}   

      α ∈R    

      

    ∀(z, λ) ∈ epi(f ), x, y + sr < α ≤ z, y + sλ.    s ≥ 0      x0 ∈ dom(f )       λ > f (x0)    

      x ∈ dom(f ).      λ =  f (x)    

    x, y + sr < α ≤ x, y + sf (x)

     s(f (x) − r) >  0      s > 0    

       ∀z ∈ dom(f )    

    x, ys + r r  

      x /∈   dom(f ).    s >   0        s = 0    s = 0    

    ∀(z, λ) ∈ epi(f ), x, y < α ≤ z, y.

       dom(f )

     = φ     

     ∈ (X, τ )∗    

    ∀z ∈ X, f (z) ≥ (z).

      ∀k ≥ 1    ∀z ∈ X     

    f (z) ≥ (z) ≥ (z) + k(α − z, y)

       

    (x) + k(α − x, y) → +∞    k → +∞ 

       ∀x ∈  X, ∀r < f (x), ∃ ∈  (X, τ )∗ :  f  ≥  , f (x) ≥  (x)  > r          f  ∈ Γ(X )       f > −∞       f  = +∞  

       f :  X  → R      f ∗ ∈ Γ(X )            f :  X  → R              f ∗∗ :  X  → R    

    f ∗∗(x) = supy∈Y 

    {x, y − f ∗(y)}.

       f ∗∗ ∈ Γ(X )      f ∗∗ ≤ f   

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             f :  X  → R      

    f ∗∗(x) = sup{

    g(x) |

     g ∈

     Γ(X ), g ≤

     f }

         f ∗∗      Γ(X )        f       Γ               f     

    f  ∈ Γ(X )     f  = f ∗∗.

           Γ(X )    

    h = sup{g(x) | g ∈ Γ(X ), g ≤ f } ∈ Γ(X )

     f ∗∗ ≤ h        g ∈ Γ(X )      g ≤ f       g∗ ≥ f ∗      g∗∗

    ≤ f ∗∗

       

    g ∈ Γ(X )      g∗∗

    = g    

      g ∈ Γ(X )            {i}i∈I     

    g = sup i.

       (yi, ri) ∈ Y  × R      i(x) = x, yi − ri    

    ∗i (y) =

    ri    yi =  y,

    +∞  

       g ≥   i      ∀i ∈   I, ∀x ∈   X, g∗∗(x) ≥   ∗∗i   (x) = x, yi − ri   =   i(x)    g∗∗ ≥

    supi∈I  i =  g    

      g

    ∗∗

    = g 

         f̄ 

         f :  X  → R    

    f ∗∗ ≤  f̄  ≤ f.

      f       f̄       epi( f̄ ) = epi(f )        f ∗∗ =  f̄     f :  X  → R      −∞      

    f (x) =

    −∞   x ∈ C,+

    ∞  x /

    ∈ C,

       C 

       C  = X       f   =  f̄  ≥  f ∗∗ ≡ −∞       f̄  = f ∗∗    

    f     f       f̄  = f ∗∗            f       ω          ̄f       f       

       ω∗X  ≡ +∞ =  ωY       ω∗X  ≡ −∞ =  ωY       ∗ : Γ0(X ) →Γ0(Y )    

      ∗ : Γ0(Y ) →   Γ0(X )        ∗             

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       f :  R →  R      (x0, f (x0))    x0          

       

         

     

         

       

       

     

     

         

     

       (X, τ )

         (Y, σ)

           ·, ·        f  ∈  Γ0(X )    

    f (x0) = f ∗∗(x0) = sup

    y∈Y {x, y − f ∗(y)}.

         y0 ∈ Y     

    f (x0) = x0, y0 − f ∗(y0) ∈ R.

       ∀x ∈ X  

    f (x) ≥ x, y0 − f ∗(y0) = x − x0, y0 − f ∗(x0),

         (x) := x − x0, y0 − f ∗(x0)      

       f         f       x0      f (x0) ∈ R      

    f (t) =

    −√ t    t ≥ 0,+∞    

         Γ0(R)  

             f :  X  →  R                x0 ∈   X       y ∈   Y                

    f       x0  

    ∀x ∈ X, f (x0) + x − x0, y ≤ f (x).      ∂f (x0)               f       x0    ∂f (x0) = ∅    f                x0  

          f (x) = |x|     x ∈ R      ∂f (0) = [−1, 1] 

        

         

     

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     f (x0) = −∞      ∂f (x0) = Y     f (x0) = +∞    

    ∂f (x0) =

    ∅    dom(f ) = ∅,Y 

       f  ≡ +∞.

             f :  X  →  R ∪ {+∞}        x ∈  dom(f )    

       

       y ∈ ∂f (x)     

    f (x) + f ∗

    (y) ≤ x, y     

    f (x) + f ∗(y) = x, y     

    f  ∈ Γ0(X )            

    y ∈ ∂f (x)      x ∈ ∂f ∗(y).

        (i) ⇒ (ii)      z ∈ X       f (x) + z − x, y ≤ f (z)      f (x) + z, y − f (z) ≤ x, y      f (x) + f ∗(y) ≤ y, x (ii) ⇒ (iii)  

    (iii) ⇒ (i)      f ∗∗      y  

         x ∈   ∂f ∗(y)        f ∗(y) + f ∗∗(x) = x, y      f  ∈  Γ0(X )       

    f (x) = f ∗∗(x)  

         Ω ⊆Rn      f : Ω → R      ∇f : Ω →U  ⊆ Rn    (x, y)      y ∈  U        x ∈ ∂ f ∗(y)    x      z → z, y − f (z)     y − ∇f (x) = 0      x   = (∇f )−1(y) ∈   Ω               

    g(y) := (∇f )−1

    (y), y − f ((∇f )−1

    (y)),

       

    f ∗(y) = g(y).

         

      y   = ∇f (x)        x   = ∇g(y)      

     

           f :  X  → R ∪ {+∞}      ∂f (x)        Y   

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