Jump to content

Голоморфная функция

Прямоугольная сетка (вверху) и ее изображение на конформной карте (внизу).

В математике голоморфная функция — это комплекснозначная функция одной или нескольких комплексных переменных, которая комплексно дифференцируема в окрестности каждой точки области в комплексном координатном пространстве . . Существование комплексной производной в окрестности является очень сильным условием: оно означает, что голоморфная функция бесконечно дифференцируема и локально равна своему собственному ряду Тейлора ( аналитична ). Голоморфные функции — центральные объекты изучения комплексного анализа .

Хотя термин «аналитическая функция » часто используется как синоним «голоморфной функции», слово «аналитическая» определяется в более широком смысле для обозначения любой функции (действительной, комплексной или более общего типа), которую можно записать в виде сходящегося степенного ряда . в окрестности каждой точки своей области . То, что все голоморфные функции являются комплексными аналитическими функциями, и наоборот, является основной теоремой комплексного анализа . [ 1 ]

Голоморфные функции также иногда называют регулярными функциями . [ 2 ] Голоморфная функция, областью определения которой является вся комплексная плоскость, называется целой функцией . Фраза «голоморфен в точке " означает не просто дифференцируемый в , но дифференцируемо всюду в пределах некоторой близкой окрестности в комплексной плоскости.

Определение

[ редактировать ]
Функция не является комплексным\дифференцируемым в нуле, поскольку, как показано выше, значение меняется в зависимости от направления приближения к нулю. Только на действительной оси равна функции и предел , а только вдоль мнимой оси, соответствует другой функции и предел . Другие направления накладывают еще и другие ограничения.

Учитывая комплексную функцию одной комплексной переменной производная , в точку в своей области определяется как предел [ 3 ]

Это то же определение, что и для производной вещественной функции , за исключением того, что все величины являются комплексными. В частности, за предел берется комплексное число имеет тенденцию , а это означает, что одно и то же значение получается для любой последовательности комплексных значений для это имеет тенденцию . Если предел существует, Говорят, что комплексно дифференцируем в точке . Эта концепция комплексной дифференцируемости имеет несколько общих свойств с реальной дифференцируемостью : она линейна и подчиняется правилу произведения , правилу фактора и правилу цепочки . [ 4 ]

Функция голоморфна на открытом множестве если он комплексно дифференцируем в каждой точке . Функция голоморфен точке в ⁠, он голоморфен в некоторой окрестности если . [ 5 ] Функция голоморфна на некотором неоткрытом множестве ⁠, если он голоморфен в каждой точке .

Функция может быть комплексно дифференцируемой в некоторой точке, но не голоморфной в этой точке. Например, функция комплексно дифференцируем в , но не является комплексно дифференцируемым где-либо еще, особенно. в том числе нигде рядом (см. уравнения Коши – Римана ниже). Итак, он не голоморфен в точке .

Связь между действительной дифференцируемостью и комплексной дифференцируемостью следующая: если комплексная функция голоморфен, то и имеют первые частные производные по и и удовлетворяют уравнениям Коши – Римана : [ 6 ]

или, что то же самое, производная Виртингера от относительно , комплексно- сопряженный , равен нулю: [ 7 ]

то есть, грубо говоря, функционально независим от , комплексно-сопряженный .

Если непрерывность не задана, обратное не обязательно верно. Простое обратное: если и имеют непрерывные первые частные производные и удовлетворяют уравнениям Коши – Римана, тогда голоморфен. Более удовлетворительное обратное утверждение, которое гораздо труднее доказать, — это теорема Лумана–Меншоффа : если непрерывен, и имеют первые частные производные (но не обязательно непрерывные) и удовлетворяют уравнениям Коши – Римана, тогда голоморфен. [ 8 ]

Терминология

[ редактировать ]

Термин «голоморфный» был введен в 1875 году Шарлем Брио и Жан-Клодом Буке , двумя учениками Коши , и происходит от греческого ὅλος ( hólos ), означающего «целое», и μορφή ( morphḗ ), означающего «форма» или «видимость». или «тип», в отличие от термина мероморфный, происходящего от μέρος ( méros ) означает «часть». Голоморфная функция напоминает целую функцию («целое») в области комплексной плоскости, тогда как мероморфная функция (определяемая как голоморфная, за исключением определенных изолированных полюсов ) напоминает рациональную дробь («часть») целых функций в области. сложной плоскости. [ а ] [ 9 ] [ 10 ] Вместо этого Коши использовал термин синектика . [ б ]

Сегодня термин «голоморфная функция» иногда предпочитают термину «аналитическая функция». Важным результатом комплексного анализа является то, что каждая голоморфная функция является комплексно-аналитической, что не следует очевидным образом из определений. Однако термин «аналитический» также широко используется.

Характеристики

[ редактировать ]

Поскольку комплексное дифференцирование линейно и подчиняется правилам произведения, фактора и цепочки, суммы, произведения и композиции голоморфных функций голоморфны, а фактор двух голоморфных функций голоморфен везде, где знаменатель не равен нулю. [ 12 ] То есть, если функции и голоморфны в области , то и , , и . Кроме того, голоморфен, если не имеет нулей в ; в противном случае оно мероморфно .

Если кто-то идентифицирует с настоящим самолётом , то голоморфные функции совпадают с теми функциями двух действительных переменных с непрерывными первыми производными, которые решают уравнения Коши – Римана , набор двух уравнений в частных производных . [ 6 ]

Любую голоморфную функцию можно разделить на действительную и мнимую части , и каждая из них является гармонической функцией на (каждый удовлетворяет уравнению Лапласа ), с гармоническое сопряжение . [ 13 ] И наоборот, каждая гармоническая функция в односвязной области — действительная часть голоморфной функции: Если — гармоническое сопряжение , единственный с точностью до константы, то голоморфен.

Интегральная теорема Коши подразумевает, что контурный интеграл каждой голоморфной функции вдоль петли равен нулю: [ 14 ]

Здесь спрямляемый путь в односвязной комплексной области начальная точка которого равна его конечной точке, и — голоморфная функция.

Интегральная формула Коши утверждает, что каждая голоморфная внутри диска функция полностью определяется своими значениями на границе диска. [ 14 ] Более того: предположим, что ⁠ — комплексная область, — голоморфная функция, а замкнутый диск содержится полностью в . Пусть — круг, границу образующий . Тогда для каждого в интерьере :

где контурный интеграл берется против часовой стрелки .

Производная можно записать в виде контурного интеграла [ 14 ] используя формулу дифференцирования Коши :

для любой простой петли, положительно обвивающей один раз и

для бесконечно малых положительных петель вокруг .

В областях, где первая производная не равна нулю, голоморфные функции конформны : они сохраняют углы и форму (но не размер) маленьких фигур. [ 15 ]

Любая голоморфная функция аналитична . То есть голоморфная функция имеет производные любого порядка в каждой точке в своей области определения и совпадает со своим рядом Тейлора в точке в окрестностях . На самом деле, совпадает со своим рядом Тейлора в точке ⁠ в любом диске с центром в этой точке и лежащем в пределах области определения функции.

С алгебраической точки зрения множество голоморфных функций на открытом множестве представляет собой коммутативное кольцо и комплексное векторное пространство . Кроме того, множество голоморфных функций в открытом множестве является областью целостности тогда и только тогда, когда открытое множество подключен. [ 7 ] Фактически, это локально выпуклое топологическое векторное пространство , полунормы которого являются супремумами на компактных подмножествах .

С геометрической точки зрения функция голоморфен в тогда и только тогда, когда его внешняя производная в районе из равен для некоторой непрерывной функции . Это следует из

это также пропорционален , подразумевая, что производная сам по себе голоморфен, и поэтому бесконечно дифференцируема. Точно так же подразумевает, что любая функция голоморфный в односвязной области также интегрируемо на .

(Для пути из от ⁠ до полностью лежит в , определить ; в свете теоремы о жордановой кривой и обобщенной теоремы Стокса , не зависит от конкретного выбора пути , и, таким образом , ⁠ — корректно определенная функция на имея или .

Все полиномиальные функции в с комплексными коэффициентами целые функции (голоморфные во всей комплексной плоскости ), а также показательная функция и тригонометрические функции и (ср. формулу Эйлера ). Главная ветвь функции комплексного логарифма голоморфен в области . Функцию квадратного корня можно определить как и поэтому голоморфен везде, где логарифм есть. функция Обратная голоморфен на . Обратная функция и любая другая рациональная функция мероморфны на ( .)

Как следствие уравнений Коши-Римана , любая голоморфная функция с действительным знаком должна быть постоянной . Следовательно, абсолютное значение , аргумент , настоящая часть и мнимая часть не голоморфны. Другим типичным примером непрерывной функции, которая не является голоморфной, является комплексно-сопряженная (Комплексное сопряжение антиголоморфно .)

Несколько переменных

[ редактировать ]

Определение голоморфной функции напрямую обобщается на несколько комплексных переменных. Функция в комплексная переменная аналитична в точке ⁠, если существует окрестность в котором равен сходящемуся степенному ряду в комплексные переменные; [ 16 ] функция голоморфен в открытом подмножестве из если он аналитичен в каждой точке . Лемма Осгуда показывает (с использованием многомерной интегральной формулы Коши), что для непрерывной функции , это эквивалентно голоморфен по каждой переменной в отдельности (это означает, что если таковые имеются координаты ⁠ фиксированы, то ограничение — голоморфная функция оставшейся координаты). Гораздо более глубокая теорема Хартогса доказывает, что предположение о непрерывности не является необходимым: голоморфен тогда и только тогда, когда он голоморфен по каждой переменной в отдельности.

В более общем смысле, функция нескольких комплексных переменных, интегрируемая с квадратом по каждому компактному подмножеству своей области определения, является аналитической тогда и только тогда, когда она удовлетворяет уравнениям Коши – Римана в смысле распределений.

Функции нескольких комплексных переменных в некоторых основных отношениях более сложны, чем функции одной комплексной переменной. Например, область сходимости степенного ряда не обязательно представляет собой открытый шар; эти области представляют собой логарифмически-выпуклые области Рейнхардта , простейшим примером которых является полидиск . Однако они также имеют некоторые фундаментальные ограничения. В отличие от функций одной комплексной переменной, возможные области, в которых существуют голоморфные функции, которые не могут быть расширены на более крупные области, сильно ограничены. Такое множество называется областью голоморфности .

Комплексный дифференциал -form голоморфен тогда и только тогда, когда его антиголоморфная производная Дольбо равна нулю: .

Расширение функционального анализа

[ редактировать ]

Понятие голоморфной функции можно распространить на бесконечномерные пространства функционального анализа . Например, производная Фреше или Гато может использоваться для определения понятия голоморфной функции в банаховом пространстве над полем комплексных чисел.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Оригинальные французские термины были голоморф и мероморф .
    Когда функция непрерывна, монотропна и имеет производную, когда переменная движется в определенной части плоскости , мы будем говорить, что она голоморфна в этой части плоскости. Этим именем мы указываем, что она подобна целочисленным функциям , обладающим этими свойствами на всей протяженности плоскости. [...]
    Рациональная дробь принимает в качестве полюсов корни знаменателя; это голоморфная функция в любой части плоскости, не содержащей ни одного из ее полюсов.
    Когда функция голоморфна в какой-то части плоскости, за исключением некоторых полюсов, мы будем говорить, что она мероморфна в этой части плоскости, то есть подобна рациональным дробям. - Брио и Букет (1875) , стр. 14–15 [ 9 ]
    [Когда функция непрерывна, монотропна и имеет производную, когда переменная движется в определенной части плоскости , мы говорим, что она голоморфна в этой части плоскости. Под этим названием мы подразумеваем, что оно напоминает целые функции , обладающие этими свойствами во всем объеме плоскости. ... ]
    [Рациональная дробь допускает в качестве полюсов корни ; знаменателя это голоморфная функция во всей той части плоскости, которая не содержит полюсов.]
    [Когда функция голоморфна в части плоскости, за исключением определенных полюсов, мы говорим, что она мероморфна в этой части плоскости, то есть она похожа на рациональные дроби. - Харкнесс и Морли (1893) , с. 161 [ 10 ] ]
  2. ^ Брио и Букет (1859) , с. 11 ранее также использовали Коши термин синектика ( по-французски Synectique ) в первом издании своей книги. [ 11 ]
  1. ^ «Аналитические функции одной комплексной переменной» . Энциклопедия математики . Европейское математическое общество / Спрингер. 2015 г. - через энциклопедию ofmath.org.
  2. ^ «Аналитическая функция» , Энциклопедия математики , EMS Press , 2001 [1994] , получено 26 февраля 2021 г.
  3. ^ Альфорс, Л. , Комплексный анализ, 3-е изд. (МакГроу-Хилл, 1979).
  4. ^ Хенричи, П. (1986) [1974, 1977]. Прикладной и вычислительный комплексный анализ . Уайли. Три тома, изд.: 1974, 1977, 1986.
  5. ^ Эбенфельт, Питер; Хунгербюлер, Норберт; Кон, Джозеф Дж.; Мок, Нгайминг; Штраубе, Эмиль Дж. (2011). Комплексный анализ . Научные и деловые СМИ. Спрингер – через Google.
  6. ^ Jump up to: а б Маркушевич, А.И. (1965). Теория функций комплексного переменного . Прентис-Холл. [В трех томах.]
  7. ^ Jump up to: а б Ганнинг, Роберт С .; Росси, Хьюго (1965). Аналитические функции нескольких комплексных переменных . Современный анализ. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл . ISBN  9780821869536 . МР   0180696 . Збл   0141.08601 – через Google.
  8. ^ Грей, Джей Ди; Моррис, ЮАР (апрель 1978 г.). «Когда функция, удовлетворяющая уравнениям Коши-Римана, является аналитической?». Американский математический ежемесячник . 85 (4): 246–256. дои : 10.2307/2321164 . JSTOR   2321164 .
  9. ^ Jump up to: а б Бриот, Калифорния ; Буке, Ж.-К. (1875). «§15 голоморфные функции» . Теория эллиптических функций на ( французском языке) (2-е изд.). Готье-Виллар. стр. 14–15.
  10. ^ Jump up to: а б Харкнесс, Джеймс ; Морли, Фрэнк (1893). «5. Интеграция» . Трактат по теории функций . Макмиллан. п. 161.
  11. ^ Бриот, Калифорния ; Буке, Ж.-К. (1859). «§10» . Теория двоякопериодических функций . Малле-Башелье. п. 11.
  12. ^ Хенричи, Питер (1993) [1986]. Прикладной и вычислительный комплексный анализ . Библиотека классической литературы Уайли. Том. 3 (Переиздание). Нью-Йорк – Чичестер – Брисбен – Торонто – Сингапур: John Wiley & Sons . ISBN  0-471-58986-1 . МР   0822470 . Zbl   1107.30300 – через Google.
  13. ^ Эванс, LC (1998). Уравнения в частных производных . Американское математическое общество.
  14. ^ Jump up to: а б с Ланг, Серж (2003). Комплексный анализ . Спрингер Верлаг GTM. Спрингер Верлаг .
  15. ^ Рудин, Уолтер (1987). Реальный и комплексный анализ (3-е изд.). McGraw – Hill Book Co. Нью-Йорк: ISBN  978-0-07-054234-1 . МР   0924157 .
  16. ^ Ганнинг и Росси. Аналитические функции нескольких комплексных переменных . п. 2.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
  • Блейки, Джозеф (1958). Университетская математика (2-е изд.). Лондон, Великобритания: Блэки и сыновья. ОСЛК   2370110 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 27e54002f30c807bf9a4f999e7c94559__1721829780
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/27/59/27e54002f30c807bf9a4f999e7c94559.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Holomorphic function - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)