CAPÍTULO 6. ELEMENTOS DE ANÁLISE CONVEXA 51Como d ≥ 0 isso equivale à 1d = d 1 +· · ·+d n = 1. Assim, o conjunto das direções normalizadas<strong>de</strong> D éS = {d; d ≥ 0, Ad ≤ 0, 1d = 1}.Agora, afirmamos que as direções extremas (normalizadas) <strong>de</strong> D são exatamente os pontosextremos <strong>de</strong> S. De fato, se d = λ 1 d 1 + λ 2 d 2 , com λ 1 , λ 2 > 0 e d 1 , d 2 ∈ S distintos então1d = λ 1 1d 1 + λ 2 1d 2 ⇒ λ 1 + λ 2 = 1.Isso mostra que se d é ponto extremo <strong>de</strong> S então é direção extrema <strong>de</strong> D. A recíproca é feita<strong>de</strong> forma análoga, com os termos λ, 1 − λ > 0.Portanto, como S é poliedral, o Corolário 6.4 diz que as direções extremas normalizadas <strong>de</strong>D são em finito número.Naturalmente, tendo em vista o Teorema 6.3, um vértice do conjunto poliedralD = {x ∈ R n ; Ax ≤ b, x ≥ 0}é caracterizado pelas restrições ativas relativas à matriz[ A−I n](explique o porquê). Um vértice x ∈ R n tal que mais <strong>de</strong> n restrições são ativas é dito <strong>de</strong>generado.Neste caso, mais <strong>de</strong> n hiperplanos passam por x, e logo pelo menos um <strong>de</strong>les po<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>scartadona <strong>de</strong>scrição <strong>de</strong> x. É claro que quando um vértice é <strong>de</strong>generado, po<strong>de</strong>mos representá-lo porvários conjuntos <strong>de</strong> restrições ativas pois existem várias combinações <strong>de</strong> n restrições <strong>de</strong>ntre asmais <strong>de</strong> n ativas. Essa situação é in<strong>de</strong>sejada no sentido <strong>de</strong> que traz um problema ao métodoSimplex como veremos no Capítulo 8. Estudaremos uma modificação bem simples no Simplexoriginal que contorna esse problema (a Regra <strong>de</strong> Bland).Finalizamos este capítulo com o Teorema da Representação para conjuntos poliedrais. Eleserá usado para provar fatos importantes no <strong>de</strong>senvolvimento do Simplex. Para uma <strong>de</strong>monstração,consulte [1]. Alternativamente, você po<strong>de</strong> consultar o Teorema da Representação <strong>de</strong>Minkowski-Weyl, em [2].Teorema 6.6 (da Representação <strong>de</strong> Conjuntos Poliedrais). SejaD = {x ∈ R n ; Ax ≤ b, x ≥ 0}um conjunto poliedral não vazio. O conjunto dos vértices <strong>de</strong> D é não vazio e finito, digamos{x 1 , . . . , x k }. Também, o conjunto das direções <strong>de</strong> D é vazio se, e somente se, D é limitado.Se D não é limitado, então o conjunto das direções (normalizadas) <strong>de</strong> D é finito, digamos{d 1 , . . . , d l }. Mais ainda todo ponto <strong>de</strong> D é uma combinação convexa dos pontos extremos maisuma combinação não negativa das direções extremas (normalizadas) <strong>de</strong> D, ou seja, qualquerx ∈ D po<strong>de</strong> ser escrito comox =k∑λ j x j +j=1λ j ≥ 0,l∑µ j d jj=1k∑λ j = 1j=1j = 1, . . . , kµ j ≥ 0, j = 1, . . . , l.
CAPÍTULO 6. ELEMENTOS DE ANÁLISE CONVEXA 52Em outras palavras, D é a soma do fecho convexo dos seus pontos extremos com o cone finitamentegerado pelas suas direções extremas (normalizadas), isto é,D = conv {x 1 , . . . , x k } + cone {d 1 , . . . , d l }.Exemplo 6.3.1. [1] Consi<strong>de</strong>re o conjunto poliedral D <strong>de</strong>finido pelas inequações−3x 1 +x 2 ≤ −2−x 1 +x 2 ≤ 2−x 1 +2x 2 ≤ 8−x 2 ≤ −2x 1 , x 2 ≥ 0Figura 6.6: Geometria do exemploOs pontos extremos <strong>de</strong> D são x 1 = (4, 6), x 2 = (2, 4) e x 3 = (4/3, 2) (veja Figura 6.6). Oconjunto das direções normalizadas <strong>de</strong> D éS = {(d 1 , d 2 ); −3d 1 + d 2 ≤ 0, −d 1 + d 2 ≤ 0, −d 1 + 2d 2 ≤ 0, −d 2 ≤ 0, d 1 + d 2 = 1, d 1 , d 2 ≥ 0}.Os pontos extremos <strong>de</strong> S são d 1 = (2/3, 1/3), d 2 = (1, 0) (veja Figura 6.6), e essas são asdireções extremas normalizadas <strong>de</strong> D, <strong>de</strong> acordo com a <strong>de</strong>monstração do Corolário 6.5.Pelo Teorema da Representação, todo ponto x ∈ D é escrito da formax = λ 1 x 1 + λ 2 x 2 + λ 3 x 3 + µ 1 d 1 + µ 2 d 2 , λ 1 + λ 2 + λ 3 = 1, λ 1 , λ 2 , λ 3 , µ 1 , µ 2 ≥ 0.Por exemplo,Também,(4, 3) = 1 4 x 1 + 0x 2 + 3 4 x 3 + 0d 1 + 2d 2 .(4, 3) = 0x 1 + 1 2 x 2 + 1 2 x 3 + 0d 1 + 7 3 d 2.Isso mostra que a escrita do Teorema 6.6 não é única.Ativida<strong>de</strong> 15. Mostre que o conjunto D = {x; px = k}, p ≠ 0, não tem nem pontos extremos.Porque isso não contradiz o Teorema da Representação <strong>de</strong> conjuntos poliedrais?6.4 Exercícios1. Fazer os seguintes exercícios do livro do Bazaraa [1]: 2.28, 2.29, 2.33, 2.37, 2.38, 2.39,2.41, 2.43, 2.44, 2.52.