Komplex analízis

Főcikk: Holomorf függvény
Lásd még: Koherens köteg és Vektorköteg

Komplex függvények, amelyek egy Ω {\displaystyle \Omega } nyitott részhalmaz minden pontján differenciálhatók.

\Omega

a komplex síkban holomorfnak mondjuk Ω {\displaystyle \Omega }-on.

\Omega

. A komplex analízisben az f {\displaystyle f} deriváltja

f

z 0-nál {\displaystyle z_{0}}

z_{0}

f ′ ( z 0 ) = lim z → z 0 f ( z ) – f ( z 0 ) z – z 0 . {\displaystyle f'(z_{0})=\lim _{z\to z_{0}}{\frac {f(z)-f(z_{0})}{z-z_{0}}}.}

{\displaystyle f'(z_{0})=\lim _{z\to z_{0}}{\frac {f(z)-f(z_{0})}{z-z_{0}}}.}

Felületesen ez a definíció formálisan analóg a valós függvény deriváltjának definíciójával. A komplex deriváltak és differenciálható függvények azonban lényegesen másképp viselkednek, mint valós társaik. Különösen, ahhoz, hogy ez a határérték létezzen, a differenciahányados értékének ugyanahhoz a komplex számhoz kell közelítenie, függetlenül attól, hogy milyen módon közelítjük meg z 0 {\displaystyle z_{0}}

z_{0}

a komplex síkban. Következésképpen a komplex differenciálhatóság sokkal erősebb következményekkel jár, mint a valós differenciálhatóság. Például a holomorf függvények végtelenül differenciálhatók, míg valós függvények esetén az n-edik derivált létezése nem feltétlenül jelenti az (n + 1)-edik derivált létezését. Továbbá minden holomorf függvény teljesíti az analitikusság erősebb feltételét, ami azt jelenti, hogy a függvényt a tartományának minden pontján lokálisan egy konvergens hatványsor adja. Lényegében ez azt jelenti, hogy az Ω {\displaystyle \Omega }

\Omega

tetszőlegesen jól közelíthetők polinomokkal az Ω {\displaystyle \Omega } minden pontjának valamelyik szomszédságában.

\Omega

. Ez éles ellentétben áll a differenciálható valós függvényekkel; vannak végtelenül differenciálható valós függvények, amelyek sehol sem analitikusak; lásd Nem analitikus sima függvény § A smooth function which is nowhere real analytic.

A legtöbb elemi függvény, beleértve az exponenciális függvényt, a trigonometrikus függvényeket és az összes polinomfüggvényt, megfelelően kiterjesztve komplex argumentumokra, mint C → C függvények {\displaystyle \mathbb {C} \to \mathbb {C} }

{\displaystyle \mathbb {C} \to \mathbb {C} }

, holomorfikusak a teljes komplex síkon, tehát egész függvények, míg a p / q racionális függvények {\displaystyle p/q}

p/q

, ahol p és q polinomok, holomorfok olyan tartományokon, amelyek kizárják azokat a pontokat, ahol q nulla. Az ilyen függvényeket, amelyek egy izolált ponthalmaz kivételével mindenhol holomorfikusak, meromorf függvényeknek nevezzük. Másrészt, a z ↦ ℜ ( z ) függvények {\displaystyle z\mapsto \Re (z)}

{\displaystyle z\mapsto \Re (z)}

, z ↦ | z | z | {\displaystyle z\mapsto |z|}

{\displaystyle z\mapsto |z|}

, és z ↦ z ¯ {\displaystyle z\mapsto {\bar {z}}}

{\displaystyle z\mapsto {\bar {z}}}}

nem holomorfikusak sehol a komplex síkon, amint az a Cauchy-Riemann-feltételek (lásd alább) nem teljesüléséből látható.

A holomorf függvények fontos tulajdonsága a valós és képzetes összetevőik parciális deriváltjai közötti kapcsolat, amelyet Cauchy-Riemann-feltételeknek nevezünk. Ha f : C → C {\displaystyle f:\mathbb {C} \to \mathbb {C} }

{\displaystyle f:\mathbb {C} \to \mathbb {C} }

, definíciója: f ( z ) = f ( x + i y ) = u ( x , y ) + i v ( x , y ) {\displaystyle f(z)=f(x+iy)=u(x,y)+iv(x,y)}

{\displaystyle f(z)=f(x+iy)=u(x,y)+iv(x,y)}

, ahol x , y , u ( x , y ) , v ( x , y ) ∈ R {\displaystyle x,y,u(x,y),v(x,y)\in \mathbb {R} }

{\displaystyle x,y,u(x,y),v(x,y)\in \mathbb {R} }

, holomorfikus egy Ω {\displaystyle \Omega } területen.

\Omega

, akkor ( ∂ f / ∂ z ¯ ) ( z 0 ) = 0 {\displaystyle (\partial f/\partial {\bar {z}})(z_{0})=0}

{\displaystyle (\partial f/\partial {\bar {z}})(z_{0})=0}

minden z 0 ∈ Ω {\displaystyle z_{0}\in \Omega } esetén érvényesnek kell lennie.

{\displaystyle z_{0}\in \Omega }

. Itt a differenciáloperátor ∂ / ∂ z ¯ {\displaystyle \partial /\partial {\bar {z}}}

{\displaystyle \partial /\partial {\bar {z}}}

a következőképpen határozható meg: ( 1 / 2 ) ( ∂ / ∂ x + i ∂ / ∂ y ) {\displaystyle (1/2)(\partial /\partial x+i\partial /\partial y)}

{\displaystyle (1/2)(\partial /\partial x+i\partial /\partial y)}

. A függvény valós és képzetes részei, u és v szempontjából ez egyenértékű az u x = v y egyenletpárral {\displaystyle u_{x}=v_{y}}

{\displaystyle u_{x}=v_{y}}}

és u y = – v x {\displaystyle u_{y}=-v_{x}}}

{\displaystyle u_{y}=-v_{x}}}

, ahol az indexek a részleges differenciálást jelzik. A Cauchy-Riemann-feltételek azonban további folytonossági feltételek nélkül nem jellemzik a holomorf függvényeket (lásd Looman-Menchoff-tétel).

A holomorf függvények néhány figyelemre méltó tulajdonságot mutatnak. Például Picard tétele azt állítja, hogy egy egész függvény tartománya csak három lehetséges alakot vehet fel: C {\displaystyle \mathbb {C} }

\mathbb {C}

, C ∖ { z 0 } {\displaystyle \mathbb {C} \\smallsetminus \{z_{0}\}}

{\displaystyle \mathbb {C} \smallsetminus \{z_{0}\}}

, vagy { z 0 } {\displaystyle \{z_{0}\}}

{\displaystyle \{z_{0}\}}

bizonyos z 0 ∈ C {\displaystyle z_{0}\in \mathbb {C} }

z_{0}\in {\mathbb {C}}}

. Más szóval, ha két különböző komplex szám z {\displaystyle z}

z

és w {\displaystyle w}

w

nem egy egész f {\displaystyle f} függvény tartományában vannak.

f

, akkor f {\displaystyle f}

f

egy konstans függvény. Továbbá, egy holomorf függvényt egy összefüggő nyílt halmazon a korlátozása bármely nem üres nyílt részhalmazra határozza meg.

Szólj hozzá!