Skip to content

定义Definition

全纯函数

Holomorphic function · Complex analytic function

在复平面开集的每一点都复可微的函数。

形式陈述 ​

函数 f:U→C 在开集 U 上全纯,若对每个 z∈U,极限

f′(z)=limh→0f(z+h)−f(z)h

存在,并且与复增量 h 的趋近方向无关。“在 z0 全纯”通常是邻域性质:存在一个含 z0 的开圆盘,其上每点都复可微;它不等于只要求 f′(z0) 存在。若 U=C,称 f 为整函数。

Cauchy 积分公式进一步推出:全纯函数自动具有任意阶导数,并在每点邻域等于其幂级数。因此在单复变量中,全纯与局部幂级数意义的解析性等价,但这一等价是定理,不是差商定义的直接改写。

直觉

复差商允许增量从平面任意方向趋零,要求所有方向给出同一复线性比例;这比二维实可微多出一个旋转相容条件。局部复可微一旦在开集上成立,Cauchy 理论会自动推出无限次可微、幂级数展开与强唯一性。所谓“刚性”正来自局部平均值和边界积分能够控制内部全部信息。

例子与边界

多项式和指数函数都是整函数;1/z 在 C∖{0} 全纯,因分母为零而不能按同一公式扩到原点。

对 f(z)=z2,

(z+h)2−z2h=2z+h→2z

与 h 的方向无关。对 f(z)=z―,沿实轴增量差商为 1,沿虚轴则为 −1,故任何点都不复可微。还有一个更细的反例:g(z)=|z|2 在原点的差商为 h―→0,所以 g′(0)=0。但写成 u=x2+y2,v=0 后,Cauchy–Riemann 方程要求 2x=0 且 2y=0,故其他任何点都不复可微。原点可微仍没有提供一个全纯邻域。

判断时可使用Cauchy–Riemann 判据的明确充分条件:若 u,v 在开集上具有连续一阶偏导,并处处满足 ux=vy,uy=−vx,则 u+iv 全纯。若只有单点偏导存在及等式成立,不能省去实可微性条件。

推论与应用

全纯性建立在复可微之上,并由Cauchy–Riemann 方程联系二维实偏导。Cauchy 积分公式把边界值转成内部导数,进而说明全纯函数局部等于幂级数。留数、解析延拓与调和函数都沿这条链展开。

例如在 |z|<1 上,1/(1−z)=∑n≥0zn;以 0 为中心的展开半径止于距离为 1 的奇点 z=1。局部全纯并不保证一个以固定中心展开的级数覆盖整个定义域。若定义域在中心留下一个洞,Laurent 定理提供指定环域上的双边展开;它的负幂记录了普通 Taylor 级数无法表示的部分。

最大模原理进一步说明,在连通开集上非恒定全纯函数的模不能于内部取得局部最大值;内部行为受边界约束,是复分析刚性最醒目的表现之一。

复解析延拓范围会直接决定实轴上的数值逼近速度。解析函数的谱收敛通过移动 Fourier 积分路径和 Chebyshev 的圆环表示,说明离实区间最近的复奇点怎样控制系数衰减。

参考资料
关系图谱17 个相邻概念 · 2 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组
类型化关系