Punct șa

În matematică, un punct șa (în engleză saddle point) al unei funcții f definite pe un produs cartezian X × Y a două mulțimi X și Y este un punct ${\displaystyle ({\bar {x}},{\bar {y}})\in X\times Y}$ în așa fel încât:

• ${\displaystyle y\mapsto f({\bar {x}},y)}$ atinge un maxim în ${\displaystyle {\bar {y}}}$ pe Y;
• iar ${\displaystyle x\mapsto f(x,{\bar {y}})}$ atinge un minim în ${\displaystyle {\bar {x}}}$ pe X.

Punctul în roșu al graficului funcției ${\displaystyle (x,y)\mapsto x^{2}-y^{2}}$ asociat unicului punct șa al său (0;0).

Unii autori inversează maximele și minimele (${\displaystyle f({\bar {x}},\cdot )}$ cu un minim în ${\displaystyle {\bar {y}}}$ și ${\displaystyle f(\cdot ,{\bar {y}})}$ cu un maxim în ${\displaystyle {\bar {x}}}$), dar aceasta nu schimbă cantitativ rezultatele (se poate reveni la cazul prezent prin schimbare de variabile).

Termenul punct șa se referă la forma de șa de cal pe care o ia graficul funcției când X și Y sunt intervale din ${\displaystyle \mathbb {R} }$. În terminologia din limba franceză se utilizează denumirea de punct trecătoare, cu referire la imaginea unei trecători din munte.

Într-o dimensiune, un punct șa este un punct de inflexiune care este și punct staționar.

Mai general, un punct șa pentru o funcție este un punct staționar în vecinătatea căreia curba nu se află doar pe o parte a hiperplanului tangent.

Noțiunea de punct șa intervine:

• în optimizare, concept care permite enunțarea unor condiții care asigură existența unei soluții primare duale;
• în teoria jocurilor, puncte șa în matricile de câștig;
• pentru determinarea unor soluții particulare ale unor ecuații care nu sunt de minim sau maxim.

Definiție

Iată o definiție destul de generală a noțiunii de punct șa a unei funcții definite pe un produs cartezian de mulțimi. Nicio structură nu este cerută pe aceste mulțimi. Funcția trebuie din contra să-și ia valorile în mulțimea numerelor reale ${\displaystyle \mathbb {R} }$ (sau mai general în dreapta reală încheiată ${\displaystyle {\bar {\mathbb {R} }}}$).

Teoremă
Punct șa
Fie X și Y două mulțimi și ${\displaystyle f:X\times Y\to {\bar {\mathbb {R} }}}$ o funcție care poate lua valorile ${\displaystyle \pm \infty }$. Se spune că ${\displaystyle ({\bar {x}},{\bar {y}})\in X\times Y}$ este un punct-șa al f pe X × Y dacă

${\displaystyle \forall \,(x,y)\in X\times Y:\qquad f({\bar {x}},y)\leqslant f({\bar {x}},{\bar {y}})\leqslant f(x,{\bar {y}}).}$

În condițiile de mai sus, ${\displaystyle f({\bar {x}},{\bar {y}})}$ este numită valoarea șa a f.

Altfel spus, ${\displaystyle y\mapsto f({\bar {x}},y)}$ atinge un maximum în ${\displaystyle {\bar {y}}}$ pe Y și ${\displaystyle x\mapsto f(x,{\bar {y}})}$ atinge un minimum în ${\displaystyle {\bar {x}}}$ pe X. Nimic nu este cerut în afara crucii ${\displaystyle (\{{\bar {x}}\}\times Y)\cup (X\times \{{\bar {y}}\})}$, astfel încât imaginea șeii să poată fi înșelătoare ca atunci când ${\displaystyle f:\mathbb {R} ^{2}\to \mathbb {R} }$ este definită de f(x,y)=x²y² (toate punctele de pe axele de ordonate sunt puncte șa).