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.gitignore
vendored
Executable file
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.gitignore
vendored
Executable file
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*.ijvm
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*.mic1
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# ---> TeX
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## Core latex/pdflatex auxiliary files:
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*.aux
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*.lof
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*.log
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*.lot
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*.fls
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*.out
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*.toc
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## Intermediate documents:
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*.dvi
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*-converted-to.*
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# these rules might exclude image files for figures etc.
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# *.ps
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# *.eps
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# *.pdf
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## Bibliography auxiliary files (bibtex/biblatex/biber):
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*.bbl
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*.bcf
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*.blg
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*-blx.aux
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*-blx.bib
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*.brf
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*.run.xml
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## Build tool auxiliary files:
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*.fdb_latexmk
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*.synctex
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*.synctex.gz
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*.synctex.gz(busy)
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*.pdfsync
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## Auxiliary and intermediate files from other packages:
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# algorithms
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*.alg
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*.loa
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# achemso
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acs-*.bib
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# amsthm
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*.thm
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# beamer
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*.nav
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*.snm
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*.vrb
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#(e)ledmac/(e)ledpar
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*.end
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*.[1-9]
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*.[1-9][0-9]
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*.[1-9][0-9][0-9]
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*.[1-9]R
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*.[1-9][0-9]R
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*.[1-9][0-9][0-9]R
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*.eledsec[1-9]
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*.eledsec[1-9]R
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*.eledsec[1-9][0-9]
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*.eledsec[1-9][0-9]R
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*.eledsec[1-9][0-9][0-9]
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*.eledsec[1-9][0-9][0-9]R
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# glossaries
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*.acn
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*.acr
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*.glg
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*.glo
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*.gls
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# gnuplottex
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*-gnuplottex-*
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# hyperref
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*.brf
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# knitr
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*-concordance.tex
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*.tikz
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*-tikzDictionary
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# listings
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*.lol
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# makeidx
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*.idx
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*.ilg
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*.ind
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*.ist
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# minitoc
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*.maf
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*.mtc
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*.mtc[0-9]
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*.mtc[1-9][0-9]
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# minted
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_minted*
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*.pyg
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# morewrites
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*.mw
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# mylatexformat
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*.fmt
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# nomencl
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*.nlo
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# sagetex
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*.sagetex.sage
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*.sagetex.py
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*.sagetex.scmd
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# sympy
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*.sout
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*.sympy
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sympy-plots-for-*.tex/
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# TikZ & PGF
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*.dpth
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*.md5
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*.auxlock
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# todonotes
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*.tdo
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# xindy
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*.xdy
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# WinEdt
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*.bak
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*.sav
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# Mac stupid tmp files
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.DS_Store
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!*.pdf
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*.zip
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**/*-figure*.pdf
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*~
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hw1/ex3.m
Normal file
43
hw1/ex3.m
Normal file
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@ -0,0 +1,43 @@
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%% Exercise 3.1
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% f(x1, x2) = x1^2 + u * x2^2;
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% [x1 x2] [1 0] [x1] + [0][x1]
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% [0 u] [x2] + [0][x2]
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% A = [1 0; 0 u]; b = [0; 0]
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%% Exercise 3.2
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for u = 1:10
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A = [1 0; 0 u];
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xs = -10:1:10;
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ys = xs;
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Z = zeros(size(xs, 2), size(ys, 2));
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for i = 1:size(xs, 2)
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for j = 1:size(ys, 2)
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vec = [xs(i); ys(j)];
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Z(i, j) = vec' * A * vec;
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end
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end
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if u <= 5
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fig = u;
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con = 5 + u;
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else
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fig = 10 + u - 5;
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con = 15 + u - 5;
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end
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subplot(4, 5, fig);
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h = surf(xs, ys, Z);
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set(h,'LineStyle','none');
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title(sprintf("Surf for u=%d", u));
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subplot(4, 5, con);
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contour(xs, ys, Z, 20);
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|
title(sprintf("Contour for u=%d", u));
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||||||
|
end
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BIN
hw1/main.pdf
Normal file
BIN
hw1/main.pdf
Normal file
Binary file not shown.
70
hw1/main.tex
Normal file
70
hw1/main.tex
Normal file
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@ -0,0 +1,70 @@
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\documentclass{scrartcl}
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\usepackage[utf8]{inputenc}
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\usepackage{amsmath}
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\setlength{\parindent}{0cm}
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\setlength{\parskip}{0.5\baselineskip}
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\title{Optimisation methods -- Homework 1}
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\author{Claudio Maggioni}
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\begin{document}
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\maketitle
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\section{Exercise 1}
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\subsection{Gradient and Hessian}
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The gradient and the Hessian for $f$ are the following:
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\[\nabla f = \begin{bmatrix}2x_1 + x_2 \cdot \cos(x_1) \\ 9x^2_2 + \sin(x_1)\end{bmatrix} \]
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\[H_f = \begin{bmatrix}2 - x_2 \cdot \sin(x_1) & \cos(x_1)\\\cos(x_1) & 18x_2\end{bmatrix} \]
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\subsection{Taylor expansion}
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\[f(h) = 0 + \langle\begin{bmatrix}0 + 0 \\ 0 + 0\end{bmatrix},\begin{bmatrix}h_1\\h_2\end{bmatrix}\rangle + \frac12 \langle\begin{bmatrix}2 - 0 & 1\\1 & 0\end{bmatrix} \begin{bmatrix}h_1 \\ h_2\end{bmatrix}, \begin{bmatrix}h_1 \\ h_2\end{bmatrix}\rangle + O(\|h\|^3)\]
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\[f(h) = \frac12 \langle\begin{bmatrix}2h_1 + h_2 \\ h_1\end{bmatrix}, \begin{bmatrix}h_1 \\ h_2\end{bmatrix}\rangle + O(\|h\|^3)\]
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\[f(h) = \frac12 \left(2h^2_1 + 2 h_1h_2\right) + O(\|h\|^3)\]
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\[f(h) = h^2_1 + h_1h_2 + O(\|h\|^3)\]
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\section{Exercise 2}
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\subsection{Gradient and Hessian}
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For $A$ symmetric, we have:
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\[\frac{d}{dx}\langle b, x\rangle = \langle b,\cdot \rangle = b\]
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\[\frac{d}{dx}\langle Ax, x\rangle = 2\langle Ax,\cdot \rangle = 2Ax\]
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Then:
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\[\nabla J = Ax - b\]
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\[H_J = \frac{d}{dx} \nabla J = A\]
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\subsection{First order necessary condition}
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It is a necessary condition for a minimizer $x^*$ of $J$ that:
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\[\nabla J (x^*) = 0 \Leftrightarrow Ax^* = b\]
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\subsection{Second order necessary condition}
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It is a necessary condition for a minimizer $x^*$ of $J$ that:
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\[\nabla^2 J(x^*) \geq 0 \Leftrightarrow A \text{ is positive semi-definite}\]
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\subsection{Sufficient conditions}
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It is a sufficient condition for $x^*$ to be a minimizer of $J$ that the first necessary condition is true and that:
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\[\nabla^2 J(x^*) > 0 \Leftrightarrow A \text{ is positive definite}\]
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\subsection{Does $\min_{x \in R^n} J(x)$ have a unique solution?}
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Not in general. If for example we consider A and b to be only zeros, then $J(x) = 0$ for all $x \in \!R^n$ and thus $J$ would have an infinite number of minimizers.
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However, for if $A$ would be guaranteed to have full rank, the minimizer would be unique because the first order necessary condition would hold only for one value $x^*$. This is because the linear system $Ax^* = b$ would have one and only one solution (due to $A$ being full rank).
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\end{document}
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Reference in a new issue