Википедия

Комплексный анализ

Ко́мпле́ксный ана́лиз, тео́рия фу́нкций ко́мпле́ксного переме́нного (или ко́мпле́ксной переме́нной; сокращённо — ТФКП) — раздел математического анализа, в котором рассматриваются и изучаются функции комплексного аргумента.

Общие понятия

Каждая комплексная функция image может рассматриваться как пара вещественных функций от двух переменных: image определяющих её вещественную и мнимую часть соответственно. Функции image называются компонентами комплексной функции image.

Далее всюду, где говорится об ограниченности комплексной функции, имеется в виду ограниченность её модуля (из чего следует ограниченность в обычном смысле обеих компонент).

Понятие предела для последовательности и функции вводится так же, как и в вещественном случае, с заменой абсолютной величины на комплексный модуль. Если image, то image и image Верно и обратное: из существования пределов компонент вытекает существование предела самой функции, и компонентами предела будут пределы компонентов. Непрерывность комплексной функции тоже определяется так же, как в вещественном случае, и она равносильна непрерывности обеих её компонент.

Все основные теоремы о пределе и непрерывности вещественных функций имеют место и в комплексном случае, если это расширение не связано со сравнением комплексных величин на больше-меньше. Например, отсутствует прямой аналог теоремы о промежуточных значениях непрерывной функции.

image-окрестность числа image определяется как множество точек image, удалённых от image менее чем на image:

image

На комплексной плоскости image-окрестность представляет собой внутренность круга радиуса image с центром в image.

Бесконечно удалённая точка

В комплексном анализе часто полезно рассматривать полную комплексную плоскость, дополненную по сравнению с обычной бесконечно удалённой точкой: image При таком подходе неограниченно возрастающая (по модулю) последовательность считается сходящейся к бесконечно удалённой точке. Алгебраические операции с бесконечностью не производятся, хотя несколько алгебраических соотношений имеют место:

  • image
  • image

image-окрестностью бесконечно удалённой точки считается множество точек image, модуль которых больше, чем image, то есть внешняя часть image-окрестностей начала координат.

Дифференцирование

Определение

Производная для комплексной функции одного аргумента image определяется так же, как и для вещественной:

image

Если этот предел существует, функция называется дифференцируемой или голоморфной. При этом

image где image«o» малое.

Следует учитывать одну важную особенность: поскольку комплексная функция задана на плоскости, существование приведённого предела означает, что он одинаков при стремлении к image с любого направления. Этот факт накладывает существенные ограничения на вид функций-компонент image и определяет их жёсткую взаимосвязь (условия Коши — Римана, они же условия Эйлера — Даламбера):

image

или, если в краткой форме,

image

Отсюда следует, что дифференцируемости компонент image и image недостаточно для дифференцируемости самой функции.

Более того, имеют место следующие свойства, отличающие комплексный анализ от вещественного:

  • Всякая дифференцируемая в некоторой окрестности точки image комплексная функция дифференцируема неограниченное число раз и аналитична, то есть её ряд Тейлора сходится к данной функции во всех точках этой окрестности (в литературе наряду с термином аналитическая функция используются также его синонимы «голоморфная функция», «регулярная функция»).
  • (Теорема Лиувилля): Если функция дифференцируема на всей комплексной плоскости и не является константой, то её модуль не может быть ограничен.
  • Обе компоненты дифференцируемой комплексной функции являются гармоническими функциями, то есть удовлетворяют уравнению Лапласа:
image
  • Любая гармоническая функция может быть как вещественной, так и мнимой компонентой дифференцируемой функции. При этом другая компонента определяется однозначно (из условий Коши — Римана), с точностью до константы-слагаемого.

Таким образом, любая дифференцируемая комплексная функция — это функция вида image, где image — взаимосвязанные гармонические функции двух аргументов.

Другие свойства

Пусть функции image и image дифференцируемы в области image Тогда image и image также дифференцируемы в этой области. Если image в области image не обращается в ноль, то image будет дифференцируема в image Композиция функций image дифференцируема всюду, где она определена. Если производная функции image в области image не обращается в ноль, то существует обратная к ней функция image и она будет дифференцируема.

Производная для суммы, разности, произведения, частного от деления, композиции функций и обратной функции вычисляется по тем же формулам, что и в вещественном анализе.

Геометрический смысл производной

image
Пример конформного отображения. Видно, что углы сохраняются.

Каждая комплексная функция image определяет некоторое отображение комплексной плоскости с координатами image на другую комплексную плоскость с координатами image. При этом выражение

image

при малом image геометрически можно истолковать как коэффициент масштабирования, которое выполняет данное отображение при переходе от точки image к точке image. Существование предела image, то есть модуля производной image, означает, что коэффициент масштабирования одинаков в любом направлении от точки image, то есть не зависит от направления. Вообще говоря, коэффициент масштабирования меняется от точки к точке.

Если коэффициент масштабирования image, то в окрестности точки image расстояния между точками увеличиваются, и коэффициент масштабирования называют коэффициентом растяжения. Если коэффициент масштабирования image, то в окрестности точки image расстояния между точками уменьшаются, и коэффициент масштабирования называют коэффициентом сжатия. Пример для функции image: в точке image производная равна 4, поэтому все длины увеличиваются в четыре раза.

Что касается аргумента производной, то он определяет угол поворота гладкой кривой, проходящей через данную точку image. Все гладкие кривые при таком отображении поворачиваются на один и тот же угол. Отображения, сохраняющие углы, называются конформными; таким образом, любая дифференцируемая комплексная функция определяет конформное отображение (в той области, где её производная не обращается в ноль). С этим фактом связано широкое применение комплексных функций в картографии и гидродинамике.

Интегрирование

Интегрирование комплексных функций

Понятие первообразной комплексной функции (неопределённого интеграла) вводится так же, как в вещественном случае. Однако аналог определённого интеграла в интервале от image до image на комплексной плоскости, вообще говоря, не существует, так как путь от начальной точки до конечной неоднозначен. Поэтому основным видом комплексного интеграла является криволинейный интеграл, зависящий от конкретного пути. Ниже будут указаны условия, при выполнении которых интеграл не зависит от пути, и тогда интеграл «от точки до точки» может быть определён корректно.

Пусть уравнение image где параметр t направлен от какого-то начального значения a к конечному значению b, определяет некоторую кусочно-гладкую кривую image в комплексной плоскости, наделённую направлением, а функция image определена в точках этой кривой. Направление, в котором движется параметр, определяет конкретный обход кривой: при этом неважно, что́ больше — b или a. Разделим отрезок параметризации на image равных частей image

  • image если a < b;
  • или image если a > b,

и рассмотрим интегральную сумму:

image

Предел этой суммы при неограниченном возрастании image называется (комплексным) интегралом по (направленной) кривой image от данной функции image; он обозначается:

image

Для любой функции image, непрерывной вдоль image, этот интеграл существует и может быть вычислен через обычный вещественный интеграл по параметру:

image

Здесь image — компоненты image. Из этого представления можно заметить, что свойства комплексного интеграла аналогичны свойствам вещественного криволинейного интеграла второго рода.

Контурный интеграл

Особый практический интерес представляют интегралы по (замкнутому) контуру, то есть по кусочно-гладкой кривой без точек самопересечения, у которой начальная точка совпадает с конечной. Контур можно обходить в двух направлениях; положительным считается направление, при котором ограниченная контуром область располагается слева по ходу движения.

Если кривая image образует замкнутый контур, употребляется особое обозначение интеграла:

image

Иногда стрелочкой на кружке указывают направление: по часовой стрелке или против.

Имеет место важная интегральная теорема Коши: для любой функции image, аналитической в односвязной области image и для любого замкнутого контура image интеграл по нему равен нулю:

image

Следствие: пусть функция image аналитична в односвязной области image а точки image из области image соединены некоторой кривой image. Тогда интеграл image зависит только от точек image, но не от выбора соединяющей их кривой image, так что можно обозначить его image

Если выполнены условия теоремы Коши, то можно ввести понятие неопределённого интеграла для image. Для этого зафиксируем внутри области некоторую точку image и рассмотрим интеграл:

image

Производная image равна image, поэтому imageпервообразная для image Семейство первообразных, различающихся константой (зависящей от выбора image), образует неопределённый интеграл. Имеет место теорема Ньютона — Лейбница:

image

Существует обобщение интегральной теоремы Коши для многосвязной области: если функция аналитична в замкнутой многосвязной области, то интеграл от неё по внешнему контуру области равен сумме интегралов по всем внутренним контурам (в том же направлении, что и по внешнему). Это обобщение удобно применять, если область содержит особую точку функции (определение особой точки ниже), где функция не аналитична или не определена.

Другие мощные инструменты для исследования комплексных и вещественных интегралов:

  • интегральная формула Коши и её следствия: принцип максимума модуля, теоремы о среднем;
  • основная теорема о вычетах.

Теоремы единственности и аналитическое продолжение

Нулём функции image называется точка image, в которой функция обращается в ноль: image.

Теорема о нулях аналитической функции. Если нули функции image, аналитической в области image, имеют предельную точку внутри image, то функция image всюду в image равна нулю.

Следствие: если функция image аналитична в области image и не равна тождественно нулю в ней, то в любой ограниченной замкнутой подобласти image у неё может быть лишь конечное число нулей.

Теорема единственности аналитической функции. Пусть image — бесконечная сходящаяся последовательность различных точек области image Если две аналитические функции image совпадают во всех точках этой последовательности, то они тождественно равны в image

В частности, если две аналитические функции совпадают на некоторой кусочно-гладкой кривой в image, то они совпадают всюду в image. Это значит, что значения аналитической функции даже на небольшом участке области полностью определяют поведение функции во всей области её определения. Задав аналитическую функцию на кривой (например, на вещественной оси), мы однозначно определяем её расширение (если оно возможно) на более широкую область, которое называется аналитическим продолжением исходной функции.

Все стандартные функции анализа — многочлен, дробно-линейная функция, степенная функция, экспонента, тригонометрические функции, обратные тригонометрические функции, логарифм — допускают аналитическое продолжение на комплексную плоскость. При этом для их аналитических продолжений будут иметь место те же алгебраические, дифференциальные и другие тождества, что и для вещественного оригинала, например:

image

Разложение в ряд

Степенной ряд

Определение суммы числового ряда и признаки сходимости в комплексном анализе практически такие же, как в вещественном, с заменой абсолютной величины на комплексный модуль; исключение составляют признаки сходимости, в которых происходит сравнение на больше-меньше самих элементов ряда, а не их модулей.

Всякая дифференцируемая в точке image функция разлагается в окрестности этой точки в степенной ряд Тейлора:

image

Коэффициенты ряда вычисляются по обычным формулам. Этот ряд сходится к функции image в некотором круге радиуса image с центром в точке image, который служит аналогом интервала сходимости вещественного ряда. В этом круге ряд абсолютно сходится, а вне его расходится. При этом возможны 3 случая.

  1. Ряд сходится в круге конечного и ненулевого радиуса.
  2. Ряд сходится во всей комплексной плоскости, то есть image. Такие функции называются целыми.
  3. Ряд сходится только в точке image. Пример: image. Такие точки image называются особыми для функции image Неособые точки называются правильными. Внутренность круга сходимости состоит из правильных точек.

Граница круга сходимости содержит хотя бы одну особую точку. Отсюда следует, что радиус круга сходимости в точке image равен расстоянию от image до ближайшей к ней особой точки.

Теорема Абеля: если image — радиус круга сходимости степенного ряда, то в любом круге с тем же центром, но меньшего радиуса, ряд сходится равномерно.

Ряд Лорана

Представляет большой практический интерес исследование поведения функции вблизи изолированной особой точки, то есть точки, в окрестности которой функция аналитична, но в самой точке либо не аналитична, либо не определена. Степенной ряд здесь бесполезен, поэтому вводится более общий ряд Лорана:

image

Если область сходимости ряда Лорана не пуста, она представляет собой круговое кольцо: image.

Основная теорема: если функция image аналитична в круговом кольце, то она может быть представлена в этом кольце сходящимся рядом Лорана, причём однозначно.

Как и для степенного ряда, границы кольца сходимости определяются распределением особых точек функции. По виду ряда Лорана можно сделать некоторые выводы о поведении функции вблизи точки image.

  1. Устранимая особая точка: если ряд Лорана не содержит элементов с отрицательными степенями image. Тогда это просто степенной ряд, определяющий функцию в некотором круге, окружающем image. Сумма ряда в этом круге конечна и может отличаться от image только в точке image, так что достаточно переопределить image, чтобы функция стала аналитичной во всём круге. Имеет место следующий признак: если функция вблизи image аналитична и ограничена, то image — устранимая особая точка.
  2. Полюс: если ряд Лорана содержит конечное число элементов с отрицательными степенями image. В этом случае функция в точке image бесконечна (по модулю).
  3. Существенно особая точка: если ряд Лорана содержит бесконечное число элементов с отрицательными степенями image. В этом случае функция в точке image не может быть корректно определена так, чтобы быть непрерывной.

Приложения в вещественном анализе

С помощью теории вычетов, являющейся частью ТФКП, вычисляются многие сложные интегралы по замкнутым контурам.

Средствами комплексного анализа объясняются некоторые моменты, не поддающиеся простой интерпретации в терминах вещественного анализа. Приведём классический пример: функция

image

непрерывна и бесконечно дифференцируема на всей вещественной прямой. Рассмотрим её ряд Тейлора

image

Этот ряд сходится только в интервале image, хотя точки image не являются какими-то особенными для image.

Положение проясняется при переходе к функции комплексного переменного image, у которой обнаруживаются две особые точки: image. Соответственно, эту функцию можно разложить в ряд Тейлора только в круге image.

История

Фундаментальные работы в комплексном анализе связаны с именами Эйлера, Римана, Коши, Вейерштрасса и многих других известных математиков. Теория конформных отображений стала бурно развиваться благодаря имеющимся применениям в инженерном деле, методы и результаты комплексного анализа применяются в аналитической теории чисел. Новый всплеск интереса к комплексному анализу связан с комплексной динамикой и теорией фракталов.

См. также

Примечания

  1. Двойное ударение указано согласно следующим источникам:
    • Большая советская энциклопедия, 3-е изд. (1973), том 12, с. 588, статья Ко́мпле́ксные числа.
    • Советский энциклопедический словарь (1982), с. 613, статья Ко́мпле́ксное число.
    • Последнее издание «Словаря трудностей русского языка» (Розенталь Д. Э., Теленкова М. А., Айрис-пресс, 2005, с. 273) указывает оба варианта: «ко́мплексные (компле́ксные) числа».
    • В Большой российской энциклопедии (том 14, 2010 год) предлагаются одновременно ударения: Компле́ксное число (с. 691), но Ко́мплексный анализ (с. 695).
    • Орфографический словарь русского языка (6-е издание, 2010), Грамматический словарь русского языка, Русский орфографический словарь Российской академии наук под ред. В. В. Лопатина и ряд других словарей указывают варианты: «ко́мплексный» и «компле́ксный (матем.)».
  2. Смирнов В. И., 2010, с. 7—15..
  3. Свешников А. Г., Тихонов А. Н. Теория функций комплексной переменной. Указ. соч., с. 20—21.
  4. Смирнов В. И., 2010, с. 15—22..
  5. Смирнов В. И., 2010, с. 22—23.
  6. Смирнов В. И., 2010, с. 24—25.
  7. Лаврентьев М. А., Шабат Б. В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. — М.: Наука, 1973. (недоступная ссылка)
  8. Фихтенгольц, Григорий Михайлович. Курс дифференциального и интегрального исчисления, глава 9, параграф 2. Дата обращения: 8 июня 2021. Архивировано 19 июля 2020 года.
  9. Математика, её содержание, методы и значение (в трёх томах). — АН СССР, 1956. — Т. 2. — С. 204—205. — 397 с.
  10. Смирнов В. И., 2010, с. 33.

Литература

  • Евграфов М. А. Аналитические функции. — 2-е изд., перераб. и дополн. — М.: Наука, 1968. — 472 с.
  • Математика XVIII столетия // История математики / Под редакцией А. П. Юшкевича, в трёх томах. — М.: Наука, 1972. — Т. III.
  • Краснов М. Л., Киселев А. И., Макаренко Г. И. Функции комплексного переменного. Операционное исчисление. Теория устойчивости. — М.: Наука, 1981. — 304 с.
  • Лаврентьев М. А., Шабат Б. В. Методы теории функций комплексного переменного. — 4-е изд. — М.: Наука, 1972.
  • Свешников А. Г., Тихонов А. Н. Теория функций комплексной переменной. — М.: Наука, 1967. — 304 с.
  • Смирнов В. И. Курс высшей математики в трёх томах. — Изд. 10-е. — СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — Т. 3, часть 2-я. — 816 с. — ISBN 978-5-9775-0087-6.
  • Титчмарш Е. Теория функций: Пер. с англ. — 2-е изд., перераб. — М.: Наука, 1980. — 464 с.
  • Фихтенгольц Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления, в трёх томах. — М.: Физматлит, 2001. — ISBN 5-9221-0155-2.
  • Шабат Б. В. Введение в комплексный анализ. — М.: Наука, 1969. — 577 с.

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Комплексный анализ, Что такое Комплексный анализ? Что означает Комплексный анализ?

Ko mple ksnyj ana liz teo riya fu nkcij ko mple ksnogo pereme nnogo ili ko mple ksnoj pereme nnoj sokrashyonno TFKP razdel matematicheskogo analiza v kotorom rassmatrivayutsya i izuchayutsya funkcii kompleksnogo argumenta Obshie ponyatiyaKazhdaya kompleksnaya funkciya w f z f x iy displaystyle w f z f x iy mozhet rassmatrivatsya kak para veshestvennyh funkcij ot dvuh peremennyh f z u x y iv x y displaystyle f z u x y iv x y opredelyayushih eyo veshestvennuyu i mnimuyu chast sootvetstvenno Funkcii u v displaystyle u v nazyvayutsya komponentami kompleksnoj funkcii f z displaystyle f z Dalee vsyudu gde govoritsya ob ogranichennosti kompleksnoj funkcii imeetsya v vidu ogranichennost eyo modulya iz chego sleduet ogranichennost v obychnom smysle obeih komponent Ponyatie predela dlya posledovatelnosti i funkcii vvoditsya tak zhe kak i v veshestvennom sluchae s zamenoj absolyutnoj velichiny na kompleksnyj modul Esli limz a bif z A Bi displaystyle lim z to a bi f z A Bi to limx ay bu x y A displaystyle lim underset y to b x to a u x y A i limx ay bv x y B displaystyle lim underset y to b x to a v x y B Verno i obratnoe iz sushestvovaniya predelov komponent vytekaet sushestvovanie predela samoj funkcii i komponentami predela budut predely komponentov Nepreryvnost kompleksnoj funkcii tozhe opredelyaetsya tak zhe kak v veshestvennom sluchae i ona ravnosilna nepreryvnosti obeih eyo komponent Vse osnovnye teoremy o predele i nepreryvnosti veshestvennyh funkcij imeyut mesto i v kompleksnom sluchae esli eto rasshirenie ne svyazano so sravneniem kompleksnyh velichin na bolshe menshe Naprimer otsutstvuet pryamoj analog teoremy o promezhutochnyh znacheniyah nepreryvnoj funkcii e displaystyle varepsilon okrestnost chisla z0 displaystyle z 0 opredelyaetsya kak mnozhestvo tochek z displaystyle z udalyonnyh ot z0 displaystyle z 0 menee chem na e displaystyle varepsilon z z0 lt e displaystyle z z 0 lt varepsilon Na kompleksnoj ploskosti e displaystyle varepsilon okrestnost predstavlyaet soboj vnutrennost kruga radiusa e displaystyle varepsilon s centrom v z0 displaystyle z 0 Beskonechno udalyonnaya tochkaV kompleksnom analize chasto polezno rassmatrivat polnuyu kompleksnuyu ploskost dopolnennuyu po sravneniyu s obychnoj beskonechno udalyonnoj tochkoj z displaystyle z infty Pri takom podhode neogranichenno vozrastayushaya po modulyu posledovatelnost schitaetsya shodyashejsya k beskonechno udalyonnoj tochke Algebraicheskie operacii s beskonechnostyu ne proizvodyatsya hotya neskolko algebraicheskih sootnoshenij imeyut mesto z 0 z z displaystyle frac z infty 0 z infty infty z neq infty z z0 z 0 displaystyle z cdot infty infty frac z 0 infty z neq 0 e displaystyle varepsilon okrestnostyu beskonechno udalyonnoj tochki schitaetsya mnozhestvo tochek z displaystyle z modul kotoryh bolshe chem 1e displaystyle dfrac 1 varepsilon to est vneshnyaya chast 1e displaystyle dfrac 1 varepsilon okrestnostej nachala koordinat DifferencirovanieOpredelenie Proizvodnaya dlya kompleksnoj funkcii odnogo argumenta w f z displaystyle w f z opredelyaetsya tak zhe kak i dlya veshestvennoj f z dfdz limh 0h Cf z h f z h displaystyle f z frac df dz lim underset h in mathbb C h to 0 frac f z h f z h Esli etot predel sushestvuet funkciya nazyvaetsya differenciruemoj ili golomorfnoj Pri etom f z h f z dfdz h o h displaystyle f z h f z frac df dz cdot h o h gde o displaystyle o o maloe Sleduet uchityvat odnu vazhnuyu osobennost poskolku kompleksnaya funkciya zadana na ploskosti sushestvovanie privedyonnogo predela oznachaet chto on odinakov pri stremlenii k z displaystyle z s lyubogo napravleniya Etot fakt nakladyvaet sushestvennye ogranicheniya na vid funkcij komponent u v displaystyle u v i opredelyaet ih zhyostkuyu vzaimosvyaz usloviya Koshi Rimana oni zhe usloviya Ejlera Dalambera u x v y u y v x displaystyle frac partial u partial x frac partial v partial y qquad frac partial u partial y frac partial v partial x ili esli v kratkoj forme f x fi y displaystyle frac partial f partial x frac partial f i partial y Otsyuda sleduet chto differenciruemosti komponent u displaystyle u i v displaystyle v nedostatochno dlya differenciruemosti samoj funkcii Bolee togo imeyut mesto sleduyushie svojstva otlichayushie kompleksnyj analiz ot veshestvennogo Vsyakaya differenciruemaya v nekotoroj okrestnosti tochki z displaystyle z kompleksnaya funkciya differenciruema neogranichennoe chislo raz i analitichna to est eyo ryad Tejlora shoditsya k dannoj funkcii vo vseh tochkah etoj okrestnosti v literature naryadu s terminom analiticheskaya funkciya ispolzuyutsya takzhe ego sinonimy golomorfnaya funkciya regulyarnaya funkciya Teorema Liuvillya Esli funkciya differenciruema na vsej kompleksnoj ploskosti i ne yavlyaetsya konstantoj to eyo modul ne mozhet byt ogranichen Obe komponenty differenciruemoj kompleksnoj funkcii yavlyayutsya garmonicheskimi funkciyami to est udovletvoryayut uravneniyu Laplasa 2u x2 2u y2 0 2v x2 2v y2 0 displaystyle frac partial 2 u partial x 2 frac partial 2 u partial y 2 0 qquad frac partial 2 v partial x 2 frac partial 2 v partial y 2 0 Lyubaya garmonicheskaya funkciya mozhet byt kak veshestvennoj tak i mnimoj komponentoj differenciruemoj funkcii Pri etom drugaya komponenta opredelyaetsya odnoznachno iz uslovij Koshi Rimana s tochnostyu do konstanty slagaemogo Takim obrazom lyubaya differenciruemaya kompleksnaya funkciya eto funkciya vida u iv displaystyle u iv gde u v displaystyle u v vzaimosvyazannye garmonicheskie funkcii dvuh argumentov Drugie svojstva Pust funkcii f z displaystyle f z i g z displaystyle g z differenciruemy v oblasti G C displaystyle G subseteq mathbb C Togda f z g z displaystyle f z pm g z i f z g z displaystyle f z cdot g z takzhe differenciruemy v etoj oblasti Esli g z displaystyle g z v oblasti G displaystyle G ne obrashaetsya v nol to f z g z displaystyle frac f z g z budet differenciruema v G displaystyle G Kompoziciya funkcij f g z displaystyle f g z differenciruema vsyudu gde ona opredelena Esli proizvodnaya funkcii w f z displaystyle w f z v oblasti G displaystyle G ne obrashaetsya v nol to sushestvuet obratnaya k nej funkciya z f w displaystyle z varphi w i ona budet differenciruema Proizvodnaya dlya summy raznosti proizvedeniya chastnogo ot deleniya kompozicii funkcij i obratnoj funkcii vychislyaetsya po tem zhe formulam chto i v veshestvennom analize Geometricheskij smysl proizvodnoj Primer konformnogo otobrazheniya Vidno chto ugly sohranyayutsya Kazhdaya kompleksnaya funkciya w f z u x y iv x y displaystyle w f z u x y iv x y opredelyaet nekotoroe otobrazhenie kompleksnoj ploskosti s koordinatami x y displaystyle x y na druguyu kompleksnuyu ploskost s koordinatami u v displaystyle u v Pri etom vyrazhenie f z h f z h k h displaystyle left frac f z h f z h right k h pri malom h displaystyle h geometricheski mozhno istolkovat kak koefficient masshtabirovaniya kotoroe vypolnyaet dannoe otobrazhenie pri perehode ot tochki z displaystyle z k tochke z h displaystyle z h Sushestvovanie predela limh 0k h displaystyle lim h to 0 k h to est modulya proizvodnoj f z k displaystyle f prime z k oznachaet chto koefficient masshtabirovaniya odinakov v lyubom napravlenii ot tochki z displaystyle z to est ne zavisit ot napravleniya Voobshe govorya koefficient masshtabirovaniya menyaetsya ot tochki k tochke Esli koefficient masshtabirovaniya k gt 1 displaystyle k gt 1 to v okrestnosti tochki z displaystyle z rasstoyaniya mezhdu tochkami uvelichivayutsya i koefficient masshtabirovaniya nazyvayut koefficientom rastyazheniya Esli koefficient masshtabirovaniya k lt 1 displaystyle k lt 1 to v okrestnosti tochki z displaystyle z rasstoyaniya mezhdu tochkami umenshayutsya i koefficient masshtabirovaniya nazyvayut koefficientom szhatiya Primer dlya funkcii f z z2 2z 1 displaystyle f z z 2 2z 1 v tochke z 1 displaystyle z 1 proizvodnaya ravna 4 poetomu vse dliny uvelichivayutsya v chetyre raza Chto kasaetsya argumenta proizvodnoj to on opredelyaet ugol povorota gladkoj krivoj prohodyashej cherez dannuyu tochku z displaystyle z Vse gladkie krivye pri takom otobrazhenii povorachivayutsya na odin i tot zhe ugol Otobrazheniya sohranyayushie ugly nazyvayutsya konformnymi takim obrazom lyubaya differenciruemaya kompleksnaya funkciya opredelyaet konformnoe otobrazhenie v toj oblasti gde eyo proizvodnaya ne obrashaetsya v nol S etim faktom svyazano shirokoe primenenie kompleksnyh funkcij v kartografii i gidrodinamike IntegrirovanieIntegrirovanie kompleksnyh funkcij Ponyatie pervoobraznoj kompleksnoj funkcii neopredelyonnogo integrala vvoditsya tak zhe kak v veshestvennom sluchae Odnako analog opredelyonnogo integrala v intervale ot a displaystyle a do b displaystyle b na kompleksnoj ploskosti voobshe govorya ne sushestvuet tak kak put ot nachalnoj tochki do konechnoj neodnoznachen Poetomu osnovnym vidom kompleksnogo integrala yavlyaetsya krivolinejnyj integral zavisyashij ot konkretnogo puti Nizhe budut ukazany usloviya pri vypolnenii kotoryh integral ne zavisit ot puti i togda integral ot tochki do tochki mozhet byt opredelyon korrektno Pust uravnenie z z t displaystyle z z t gde parametr t napravlen ot kakogo to nachalnogo znacheniya a k konechnomu znacheniyu b opredelyaet nekotoruyu kusochno gladkuyu krivuyu g displaystyle gamma v kompleksnoj ploskosti nadelyonnuyu napravleniem a funkciya f z displaystyle f z opredelena v tochkah etoj krivoj Napravlenie v kotorom dvizhetsya parametr opredelyaet konkretnyj obhod krivoj pri etom nevazhno chto bolshe b ili a Razdelim otrezok parametrizacii na n displaystyle n ravnyh chastej t0 t1 tn 1 tn displaystyle t 0 t 1 cdots t n 1 t n colon a t0 lt t1 lt lt tn b displaystyle a t 0 lt t 1 lt ldots lt t n b esli a lt b ili a t0 gt gt tn b displaystyle a t 0 gt ldots gt t n b esli a gt b i rassmotrim integralnuyu summu k 1nf z tk z tk z tk 1 displaystyle sum k 1 n f big z t k big cdot big z t k z t k 1 big Predel etoj summy pri neogranichennom vozrastanii n displaystyle n nazyvaetsya kompleksnym integralom po napravlennoj krivoj g displaystyle gamma ot dannoj funkcii f z displaystyle f z on oboznachaetsya gf z dz displaystyle int gamma f z dz Dlya lyuboj funkcii f z displaystyle f z nepreryvnoj vdol g displaystyle gamma etot integral sushestvuet i mozhet byt vychislen cherez obychnyj veshestvennyj integral po parametru gf z dz abf z t z t dt g u dx v dy i g v dx u dy displaystyle int gamma f z dz int a b f z t z t dt int gamma u dx v dy i int gamma v dx u dy Zdes u v displaystyle u v komponenty f z displaystyle f z Iz etogo predstavleniya mozhno zametit chto svojstva kompleksnogo integrala analogichny svojstvam veshestvennogo krivolinejnogo integrala vtorogo roda Konturnyj integral Osobyj prakticheskij interes predstavlyayut integraly po zamknutomu konturu to est po kusochno gladkoj krivoj bez tochek samoperesecheniya u kotoroj nachalnaya tochka sovpadaet s konechnoj Kontur mozhno obhodit v dvuh napravleniyah polozhitelnym schitaetsya napravlenie pri kotorom ogranichennaya konturom oblast raspolagaetsya sleva po hodu dvizheniya Esli krivaya g displaystyle gamma obrazuet zamknutyj kontur upotreblyaetsya osoboe oboznachenie integrala gf z dz displaystyle oint gamma f z dz Inogda strelochkoj na kruzhke ukazyvayut napravlenie po chasovoj strelke ili protiv Imeet mesto vazhnaya integralnaya teorema Koshi dlya lyuboj funkcii f z displaystyle f z analiticheskoj v odnosvyaznoj oblasti A C displaystyle A subseteq mathbb C i dlya lyubogo zamknutogo kontura g A displaystyle gamma subseteq A integral po nemu raven nulyu gf z dz 0 displaystyle oint gamma f z dz 0 Sledstvie pust funkciya f z displaystyle f z analitichna v odnosvyaznoj oblasti A C displaystyle A subseteq mathbb C a tochki z1 z2 displaystyle z 1 z 2 iz oblasti A displaystyle A soedineny nekotoroj krivoj g displaystyle gamma Togda integral gf z dz displaystyle textstyle int gamma f z dz zavisit tolko ot tochek z1 z2 displaystyle z 1 z 2 no ne ot vybora soedinyayushej ih krivoj g displaystyle gamma tak chto mozhno oboznachit ego z1z2f z dz displaystyle textstyle int limits z 1 z 2 f z dz Esli vypolneny usloviya teoremy Koshi to mozhno vvesti ponyatie neopredelyonnogo integrala dlya f z displaystyle f z Dlya etogo zafiksiruem vnutri oblasti nekotoruyu tochku z0 displaystyle z 0 i rassmotrim integral F z z0zf w dw displaystyle F z int z 0 z f w dw Proizvodnaya F z displaystyle F z ravna f z displaystyle f z poetomu F z displaystyle F z pervoobraznaya dlya f z displaystyle f z Semejstvo pervoobraznyh razlichayushihsya konstantoj zavisyashej ot vybora z0 displaystyle z 0 obrazuet neopredelyonnyj integral Imeet mesto teorema Nyutona Lejbnica z1z2f z dz F z2 F z1 displaystyle int z 1 z 2 f z dz F z 2 F z 1 Sushestvuet obobshenie integralnoj teoremy Koshi dlya mnogosvyaznoj oblasti esli funkciya analitichna v zamknutoj mnogosvyaznoj oblasti to integral ot neyo po vneshnemu konturu oblasti raven summe integralov po vsem vnutrennim konturam v tom zhe napravlenii chto i po vneshnemu Eto obobshenie udobno primenyat esli oblast soderzhit osobuyu tochku funkcii opredelenie osoboj tochki nizhe gde funkciya ne analitichna ili ne opredelena Drugie moshnye instrumenty dlya issledovaniya kompleksnyh i veshestvennyh integralov integralnaya formula Koshi i eyo sledstviya princip maksimuma modulya teoremy o srednem osnovnaya teorema o vychetah Teoremy edinstvennosti i analiticheskoe prodolzhenieNulyom funkcii f z displaystyle f z nazyvaetsya tochka z0 displaystyle z 0 v kotoroj funkciya obrashaetsya v nol f z0 0 displaystyle f z 0 0 Teorema o nulyah analiticheskoj funkcii Esli nuli funkcii f z displaystyle f z analiticheskoj v oblasti D displaystyle D imeyut predelnuyu tochku vnutri D displaystyle D to funkciya f z displaystyle f z vsyudu v D displaystyle D ravna nulyu Sledstvie esli funkciya f z displaystyle f z analitichna v oblasti D displaystyle D i ne ravna tozhdestvenno nulyu v nej to v lyuboj ogranichennoj zamknutoj podoblasti C D displaystyle C subseteq D u neyo mozhet byt lish konechnoe chislo nulej Teorema edinstvennosti analiticheskoj funkcii Pust zn displaystyle z n beskonechnaya shodyashayasya posledovatelnost razlichnyh tochek oblasti D displaystyle D Esli dve analiticheskie funkcii f z g z displaystyle f z g z sovpadayut vo vseh tochkah etoj posledovatelnosti to oni tozhdestvenno ravny v D displaystyle D V chastnosti esli dve analiticheskie funkcii sovpadayut na nekotoroj kusochno gladkoj krivoj v D displaystyle D to oni sovpadayut vsyudu v D displaystyle D Eto znachit chto znacheniya analiticheskoj funkcii dazhe na nebolshom uchastke oblasti polnostyu opredelyayut povedenie funkcii vo vsej oblasti eyo opredeleniya Zadav analiticheskuyu funkciyu na krivoj naprimer na veshestvennoj osi my odnoznachno opredelyaem eyo rasshirenie esli ono vozmozhno na bolee shirokuyu oblast kotoroe nazyvaetsya analiticheskim prodolzheniem ishodnoj funkcii Vse standartnye funkcii analiza mnogochlen drobno linejnaya funkciya stepennaya funkciya eksponenta trigonometricheskie funkcii obratnye trigonometricheskie funkcii logarifm dopuskayut analiticheskoe prodolzhenie na kompleksnuyu ploskost Pri etom dlya ih analiticheskih prodolzhenij budut imet mesto te zhe algebraicheskie differencialnye i drugie tozhdestva chto i dlya veshestvennogo originala naprimer sin2 z cos2 z 1 eu ev eu v displaystyle sin 2 z cos 2 z 1 qquad e u cdot e v e u v Razlozhenie v ryadStepennoj ryad Opredelenie summy chislovogo ryada i priznaki shodimosti v kompleksnom analize prakticheski takie zhe kak v veshestvennom s zamenoj absolyutnoj velichiny na kompleksnyj modul isklyuchenie sostavlyayut priznaki shodimosti v kotoryh proishodit sravnenie na bolshe menshe samih elementov ryada a ne ih modulej Vsyakaya differenciruemaya v tochke z0 displaystyle z 0 funkciya razlagaetsya v okrestnosti etoj tochki v stepennoj ryad Tejlora f z n 0 an z z0 n displaystyle f z sum n 0 infty a n z z 0 n Koefficienty ryada vychislyayutsya po obychnym formulam Etot ryad shoditsya k funkcii f z displaystyle f z v nekotorom kruge radiusa R displaystyle R s centrom v tochke z0 displaystyle z 0 kotoryj sluzhit analogom intervala shodimosti veshestvennogo ryada V etom kruge ryad absolyutno shoditsya a vne ego rashoditsya Pri etom vozmozhny 3 sluchaya Ryad shoditsya v kruge konechnogo i nenulevogo radiusa Ryad shoditsya vo vsej kompleksnoj ploskosti to est R displaystyle R infty Takie funkcii nazyvayutsya celymi Ryad shoditsya tolko v tochke z0 displaystyle z 0 Primer n 0 n z z0 n displaystyle sum n 0 infty n z z 0 n Takie tochki z0 displaystyle z 0 nazyvayutsya osobymi dlya funkcii f z displaystyle f z Neosobye tochki nazyvayutsya pravilnymi Vnutrennost kruga shodimosti sostoit iz pravilnyh tochek Granica kruga shodimosti soderzhit hotya by odnu osobuyu tochku Otsyuda sleduet chto radius kruga shodimosti v tochke z0 displaystyle z 0 raven rasstoyaniyu ot z0 displaystyle z 0 do blizhajshej k nej osoboj tochki Teorema Abelya esli R displaystyle R radius kruga shodimosti stepennogo ryada to v lyubom kruge s tem zhe centrom no menshego radiusa ryad shoditsya ravnomerno Ryad Lorana Predstavlyaet bolshoj prakticheskij interes issledovanie povedeniya funkcii vblizi izolirovannoj osoboj tochki to est tochki v okrestnosti kotoroj funkciya analitichna no v samoj tochke libo ne analitichna libo ne opredelena Stepennoj ryad zdes bespolezen poetomu vvoditsya bolee obshij ryad Lorana n cn z z0 n n 0 cn z z0 n n 1 c n z z0 n displaystyle sum n infty infty c n z z 0 n sum n 0 infty c n z z 0 n sum n 1 infty frac c n z z 0 n Esli oblast shodimosti ryada Lorana ne pusta ona predstavlyaet soboj krugovoe kolco r lt z z0 lt R displaystyle r lt z z 0 lt R Osnovnaya teorema esli funkciya f z displaystyle f z analitichna v krugovom kolce to ona mozhet byt predstavlena v etom kolce shodyashimsya ryadom Lorana prichyom odnoznachno Kak i dlya stepennogo ryada granicy kolca shodimosti opredelyayutsya raspredeleniem osobyh tochek funkcii Po vidu ryada Lorana mozhno sdelat nekotorye vyvody o povedenii funkcii vblizi tochki z0 displaystyle z 0 Ustranimaya osobaya tochka esli ryad Lorana ne soderzhit elementov s otricatelnymi stepenyami z z0 displaystyle z z 0 Togda eto prosto stepennoj ryad opredelyayushij funkciyu v nekotorom kruge okruzhayushem z0 displaystyle z 0 Summa ryada v etom kruge konechna i mozhet otlichatsya ot f z displaystyle f z tolko v tochke z0 displaystyle z 0 tak chto dostatochno pereopredelit f z0 displaystyle f z 0 chtoby funkciya stala analitichnoj vo vsyom kruge Imeet mesto sleduyushij priznak esli funkciya vblizi z0 displaystyle z 0 analitichna i ogranichena to z0 displaystyle z 0 ustranimaya osobaya tochka Polyus esli ryad Lorana soderzhit konechnoe chislo elementov s otricatelnymi stepenyami z z0 displaystyle z z 0 V etom sluchae funkciya v tochke z0 displaystyle z 0 beskonechna po modulyu Sushestvenno osobaya tochka esli ryad Lorana soderzhit beskonechnoe chislo elementov s otricatelnymi stepenyami z z0 displaystyle z z 0 V etom sluchae funkciya v tochke z0 displaystyle z 0 ne mozhet byt korrektno opredelena tak chtoby byt nepreryvnoj Prilozheniya v veshestvennom analizeS pomoshyu teorii vychetov yavlyayushejsya chastyu TFKP vychislyayutsya mnogie slozhnye integraly po zamknutym konturam Sredstvami kompleksnogo analiza obyasnyayutsya nekotorye momenty ne poddayushiesya prostoj interpretacii v terminah veshestvennogo analiza Privedyom klassicheskij primer funkciya f x 11 x2 displaystyle f x frac 1 1 x 2 nepreryvna i beskonechno differenciruema na vsej veshestvennoj pryamoj Rassmotrim eyo ryad Tejlora 11 x2 1 x2 x4 x6 displaystyle frac 1 1 x 2 1 x 2 x 4 x 6 ldots Etot ryad shoditsya tolko v intervale 1 1 displaystyle 1 1 hotya tochki 1 displaystyle pm 1 ne yavlyayutsya kakimi to osobennymi dlya f x displaystyle f x Polozhenie proyasnyaetsya pri perehode k funkcii kompleksnogo peremennogo f z 11 z2 displaystyle f z frac 1 1 z 2 u kotoroj obnaruzhivayutsya dve osobye tochki i displaystyle pm i Sootvetstvenno etu funkciyu mozhno razlozhit v ryad Tejlora tolko v kruge D z z lt 1 displaystyle Delta z colon z lt 1 IstoriyaSm takzhe Kompleksnoe chislo Istoriya Fundamentalnye raboty v kompleksnom analize svyazany s imenami Ejlera Rimana Koshi Vejershtrassa i mnogih drugih izvestnyh matematikov Teoriya konformnyh otobrazhenij stala burno razvivatsya blagodarya imeyushimsya primeneniyam v inzhenernom dele metody i rezultaty kompleksnogo analiza primenyayutsya v analiticheskoj teorii chisel Novyj vsplesk interesa k kompleksnomu analizu svyazan s kompleksnoj dinamikoj i teoriej fraktalov Sm takzheAnaliticheskaya funkciya Vychet kompleksnyj analiz Golomorfnaya funkciya Kvaternionnyj analiz Kompleksnye chisla Mnogomernyj kompleksnyj analiz Monogennaya funkciya Proektivno rasshirennaya chislovaya pryamaya odnomernyj analog kompleksnoj ploskosti dopolnennoj bezznakovoj beskonechno udalyonnoj tochkoj PrimechaniyaDvojnoe udarenie ukazano soglasno sleduyushim istochnikam Bolshaya sovetskaya enciklopediya 3 e izd 1973 tom 12 s 588 statya Ko mple ksnye chisla Sovetskij enciklopedicheskij slovar 1982 s 613 statya Ko mple ksnoe chislo Poslednee izdanie Slovarya trudnostej russkogo yazyka Rozental D E Telenkova M A Ajris press 2005 s 273 ukazyvaet oba varianta ko mpleksnye komple ksnye chisla V Bolshoj rossijskoj enciklopedii tom 14 2010 god predlagayutsya odnovremenno udareniya Komple ksnoe chislo s 691 no Ko mpleksnyj analiz s 695 Orfograficheskij slovar russkogo yazyka 6 e izdanie 2010 Grammaticheskij slovar russkogo yazyka Russkij orfograficheskij slovar Rossijskoj akademii nauk pod red V V Lopatina i ryad drugih slovarej ukazyvayut varianty ko mpleksnyj i komple ksnyj matem Smirnov V I 2010 s 7 15 Sveshnikov A G Tihonov A N Teoriya funkcij kompleksnoj peremennoj Ukaz soch s 20 21 Smirnov V I 2010 s 15 22 Smirnov V I 2010 s 22 23 Smirnov V I 2010 s 24 25 Lavrentev M A Shabat B V Problemy gidrodinamiki i ih matematicheskie modeli M Nauka 1973 nedostupnaya ssylka Fihtengolc Grigorij Mihajlovich Kurs differencialnogo i integralnogo ischisleniya glava 9 paragraf 2 neopr Data obrasheniya 8 iyunya 2021 Arhivirovano 19 iyulya 2020 goda Matematika eyo soderzhanie metody i znachenie v tryoh tomah AN SSSR 1956 T 2 S 204 205 397 s Smirnov V I 2010 s 33 LiteraturaEvgrafov M A Analiticheskie funkcii 2 e izd pererab i dopoln M Nauka 1968 472 s Matematika XVIII stoletiya Istoriya matematiki Pod redakciej A P Yushkevicha v tryoh tomah M Nauka 1972 T III Krasnov M L Kiselev A I Makarenko G I Funkcii kompleksnogo peremennogo Operacionnoe ischislenie Teoriya ustojchivosti M Nauka 1981 304 s Lavrentev M A Shabat B V Metody teorii funkcij kompleksnogo peremennogo 4 e izd M Nauka 1972 Sveshnikov A G Tihonov A N Teoriya funkcij kompleksnoj peremennoj M Nauka 1967 304 s Smirnov V I Kurs vysshej matematiki v tryoh tomah Izd 10 e SPb BHV Peterburg 2010 T 3 chast 2 ya 816 s ISBN 978 5 9775 0087 6 Titchmarsh E Teoriya funkcij Per s angl 2 e izd pererab M Nauka 1980 464 s Fihtengolc G M Kurs differencialnogo i integralnogo ischisleniya v tryoh tomah M Fizmatlit 2001 ISBN 5 9221 0155 2 Shabat B V Vvedenie v kompleksnyj analiz M Nauka 1969 577 s

NiNa.Az

NiNa.Az - Абсолютно бесплатная система, которая делится для вас информацией и контентом 24 часа в сутки.
Взгляните
Закрыто