Da wir eine Ecklösung vermuten, ist es besser, das Problem explizit mit seiner Einschränkung zu schreiben. Verwenden Sie noch besser die Fritz John ( FJ ) -Bedingungen als die Karush-Kuhn-Tucker ( KKT ) -Bedingungen. Wir werden die Unterschiede im weiteren Verlauf erwähnen.
maxα∫u[w+α(z−1)]dF(z),s.t.w−α≥0
Die Lagrange nach der Firtz-John-Formulierung ist
LFJ=λ0∫u[w+α(z−1)]dF(z)+λ1(w−α)
Das neue Element ist der Multiplikator für die Zielfunktion . Ohne Einschränkung der Allgemeinheit können wir angebenλ0
λ0∈{0,1},λ0+λ1≠0
Was gewinnen wir hier im Vergleich zu den weit verbreiteten und verwendeten KKT- Bedingungen? Wenn eine Lösung erfordert, erhalten wir die KKT- Bedingungen mit der erfüllten Einschränkungsqualifikation . Wenn für eine Lösung erforderlich ist, gibt dies unter anderem den Fall wieder, in dem die Einschränkungsqualifikation nicht gültig ist. λ0=1λ0=0
(Ein Standardbeispiel ist der Fall, in dem die realisierbare Menge für
aufgrund der auferlegten Einschränkungen auf einen einzigen Punkt reduziert wurde. Dann werden wir feststellen, dass die einzige Lösung vorschreibt , was eine intuitive Erklärung hat: if kann aufgrund der Einschränkungen nur einen einzigen Wert annehmen, dann spielt die Zielfunktion "keine Rolle" bei der Bestimmung von und erhält einen Nullmultiplikator.αλ0=0αα
Zurück zu unserem Problem. Die erste Bestellbedingung ist
∂LFJ∂α=λ0∫u′[w+α(z−1)]⋅(z−1)dF(z)−λ1≤0
(Beachten Sie das "niedriger oder gleich Null", was der Fall ist, wenn unter Ungleichheitsbeschränkungen optimiert wird, anstatt nur "gleich").
Zuerst stellen wir fest, dass . Aufgrund von und der (strengen) Konvexität der Nutzenfunktion, und der Annahme, dass ist (unter Verwendung von Jensens Ungleichung)α∗>0u′>0u′′>0E(z)>1
E[u(w+α(z−1))]>u(w+α(E(z)−1))]>u(w+0⋅(E(z)−1))=u(w)
Wir wenden uns nun den Fällen zu. Da die beiden Multiplikatoren nicht beide Null sein können und nur zwei Werte annimmt, gibt es drei mögliche Kombinationen.λ0
Untersuche den Fall . λ0=1
Dann kann grundsätzlich Null oder positiv sein. Untersuchen Sie den Fall, in dem , dh die Bedingung ist nicht bindend, was impliziert, dass . Mit diesem Kandidatenpaar von Multiplikatoren, , würde die Bedingung erster Ordnung werdenλ1λ1=0α∗<w{λ0=1,λ1=0}
∫u′[w+α(z−1)]⋅(z−1)dF(z)≤0⇒E(zu′)−E(u′)≤0
Da . Auch da , haben wir dasu′>0⇒E(u′)>0E(z)>1
E(u′)<E(u′)E(z)⇒E(zu′)<E(u′)E(z)⇒Cov(z,u′)<0
Dies kann aber nicht gelten, da wir , da und , haben, dass in streng zunehmen wird . Die Kovarianz von und kann also nicht negativ sein. Aber dann kann das Paar von Multiplikatorwerten keine Lösung sein, und dies geschieht aufgrund der Annahme . α∗>0u′′>0u′zzu′{λ0=1,λ1=0}u′′>0
Wir haben die Fälle
oder . In beiden Fällen ist dh die Bedingung ist bindend, dh wir haben . QED.{λ0=1,λ1>0}{λ0=0,λ1>0}λ1>0α∗=w
Verweise
Die Fritz-John-Bedingungen wurden in " F. JOHN. Extremum-Probleme mit Ungleichungen als Nebenbedingungen. In" Studies and Essays, Courant Anniversary Volume " (KO Friedrichs, OE Neugebauer und JJ Stoker, Hrsg.), S. 187-204 angegeben Wiley (Interscience), New York, 1948
und wurden verallgemeinert in
" Mangas, OL & Fromovitz, S. (1967). Die Fritz John notwendigen Optimalitätsbedingungen in Gegenwart von Gleichheit und Ungleichheit Zwänge . Journal of Mathematical Analysis and Applications, 17 (1), 37-47.