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과학

볼록집합

볼록집합과학
영문명
Convex set
정의 기준
두 점 사이의 선분을 모두 포함
식의 표현
0≤t≤1에서 tx+(1−t)y를 포함
대표 성질
볼록집합들의 교집합도 볼록
볼록집합은 집합 안의 임의의 두 점을 잇는 선분 전체가 다시 그 집합 안에 들어가는 집합이다. 평면의 채워진 원판이나 직사각형 영역이 대표적인 예다.

모든 두 점에 대한 조건

한 쌍의 점을 연결한 선분이 안에 들어간다는 사실만으로는 충분하지 않다. 집합에서 어떤 두 점을 선택해도 같은 조건이 성립해야 한다. 조건을 깨는 한 쌍을 찾으면 볼록하지 않음을 보일 수 있다.

표면과 채워진 영역

원판은 볼록하지만 원의 둘레만 모은 집합은 볼록하지 않다. 둘레에서 마주 보는 두 점을 잇는 선분은 중심을 지나며 중심은 둘레에 속하지 않기 때문이다. 집합에 내부를 포함하는지가 중요하다.

좌표로 확인하기

두 점 x와 y 사이의 선분은 0≤t≤1인 값에 대해 tx+(1−t)y로 나타낸다. t=0과 t=1에서는 양 끝점이 되고 t=1/2에서는 중점이 된다. 이 점들이 모두 집합에 남는지 확인한다.

교집합과 합집합

여러 볼록집합의 공통부분에서는 두 점을 잇는 선분이 각 집합에 모두 남으므로 교집합도 볼록하다. 합집합은 반드시 그렇지는 않다. 서로 떨어진 두 원판을 합치면 두 원판 사이를 잇는 선분의 일부가 빠진다.

관련 문서

집합 / 선분 / 교집합 / 합집합 / 원 (기하학) / 직사각형 / 중점 / 벡터 / 선형결합 / 다면체