“证明可以直接从Cauchy 积分公式的环域版本开始。固定 $r<\rho < z a <\rho +<R$,两圆都按逆时针积分,则”
形式陈述
Cauchy 积分定理:设
更一般地,只要
Cauchy 积分公式:设
并且对每个
直觉
对一般的实可微函数,仅知道边界值并不能确定内部取值。全纯性改变了这一点:复可微把函数各处的局部信息联系起来,内部的值不能独立于边界任意改变。
积分定理首先说明,全纯函数的闭路积分只依赖闭路的自由同伦类;比较非闭路径时,则需固定两个端点。把闭路径在全纯区域内连续变形,积分保持不变;能收缩到一点的路径,积分于是为零。这个结论把全纯性的局部条件与路径能否绕开区域中的洞联系起来。
积分公式则说明,边界值经 Cauchy 核
例子与边界
最基本的计算是
积分公式中的核为什么能留下
假设需要逐项核对。全纯性不可少:
单连通是保证所有全纯函数的闭路积分为零的充分条件,并非某个积分为零的必要条件。例如在
推论与应用
例如正向圆
三次分母对应二阶导数,阶乘在换解积分时位于分母;这些位置可以通过此例检查。
全纯函数为什么等于 Taylor 级数,需要验证无穷展开的余项,而不能仅凭“存在任意阶导数”下结论。设闭圆盘
乘以
界中的
若中心有洞,单个外圆不足以重建环域内的函数:还须减去内圆的 Cauchy 核积分。Laurent 定理分别展开这两个核,得到非负幂与负幂;这一证明顺序随后才通向留数定理。另由 Cauchy 估计,让有界整函数的积分圆半径趋于无穷,得到
同样的导数估计也能把函数族的共同值界转化为共同连续性:在半径为
参考资料
- Jiří Lebl, Guide to Cultivating Complex Analysis, v1.9, 2026-07-11,§3.3 定理 3.3.1、推论 3.3.2 与定理 3.3.4(幂级数表示、解析性与高阶积分公式);§4.2 定理 4.2.3(同调形式),§4.3 定理 4.3.2(单连通形式),§4.5 推论 4.5.7 与定理 4.5.8(同伦积分不变性与同伦形式)。