22351

Теоремы Лиувилля и Мореры

Лекция

Математика и математический анализ

По определению аналитическая функция – это функция комплексной переменной обладающая производной в каждой точке некоторой области D. Если функция fz аналитична в области D и непрерывна в то она обладает в каждой точке D производными всех порядков причем n я производная представляется формулой 1 где C – граница области D. По определению производной и формуле Коши имеем: Но очевидно что при функция равномерна для всех на C стремиться к и следовательно по теореме 2 предыдущей лекции для случая семейства функций...

Русский

2013-08-04

98 KB

9 чел.

Лекция №8.

Теоремы Лиувилля и Мореры.

По определению, аналитическая функция – это функция комплексной переменной, обладающая производной в каждой точке некоторой области D.

Покажем, что из аналитичности функции автоматически вытекает существование и аналитичность всех ее последовательных производных.

Теорема 1(Коши). Если функция f(z) аналитична в области D и непрерывна в , то она обладает в каждой точке D производными всех порядков, причем n- я производная представляется формулой

,        (1)

где C – граница области D.

Доказательство. Пусть z – произвольная внутренняя точка области D. По определению производной и формуле Коши имеем:

Но, очевидно, что при функция  равномерна для всех  на C стремиться к  и, следовательно, по теореме 2 предыдущей лекции (для случая семейства функций, зависящих от параметра h) предел существует, причем

           (2)

Для n = 1 теорема доказана. Предполагая ее верной для какого-либо n-1, точно также можно доказать ее справедливость для любого n, а тем самым доказать теорему.

Замечание 1. Как видно из доказательства, теорему можно сформулировать еще следующим образом:

Если функция непрерывна на границе C области D, то функция

     (3)

представленная формулой Коши (интегралом типа Коши), аналитична в этой области.

Замечание 2. Формулы (1) для производных получаются формальным дифференцированием формулы Коши по z; доказанная теорема утверждает законность этого дифференцирования.

Из формулы (1) вытекают важные неравенства Коши. Обозначим через M – максимум модуля функции f(z) в области D, через R - расстояние* точки z до границы D и через l – длину этой границы.

Из (1) имеем:

.    (4)

Если, в частности, f(z) аналитична в круге , то принимая в качестве D этот круг, получим:

           (5)

Это и есть неравенства Коши.

Полученные результаты позволяют доказать 2 важные теоремы теории аналитических функций.

Теорема 2(Лиувилля). Если функция f(z) аналитична во всей плоскости и ограничена, то она постоянна.

Доказательство. Пусть всюду . Для произвольной точки и для любого R неравенство (5) при n = 1 дает:

.

Т.к. здесь левая часть не зависит от R, а правая может быть сделана сколь угодно малой при увеличении R, то . Таким образом, т.к. - произвольная точка плоскости, то во всей плоскости . Отсюда по доказанной ранее теореме о первообразной заключаем, что

,

т.е. что функция f(z)=const. Ч.т.д.

Замечание. Теорема 2 допускает следующее обобщение.

Если функция f(z) аналитична во всей плоскости и ее модуль возрастает не быстрее чем , где n – целое число, а M – постоянная, то эта функция является многочленом степени не выше n.

Доказательство. Пусть - произвольная точка плоскости, из неравенства (5) имеем:

Заметим, что , после перехода к пределу при  получаем, что . Т.к.  - произвольная точка плоскости, то , а отсюда тем же методом, что и выше, нетрудно прийти к нужному результату.

 Докажем теперь теорему, которая обратна основной теореме Коши.

Теорема 3(Мореры). Если функция f(z) непрерывна в односвязной области D и интеграл  по любому замкнутому контуру C, лежащему в D, равен нулю, то f(z) аналитична в этой области.

Доказательство. Из условий теоремы следует, что в области D интеграл  не зависит от пути интегрирования, т.е. при фиксированном определяет некоторую функцию от z:

.         (6)

Повторяя дословно доказательство теоремы о первообразной, можно показать, что эта функция имеет производную** , т.е. аналитична. Но тогда по теореме 1 f(z) как производная аналитической функции в свою очередь является аналитической функцией. Ч.т.д.

* т.е.

** Т.к. интеграл в (6) справа не зависит от пути интегрирования, то для  имеем .


В силу непрерывности f(z) для , если . Теперь, полагая, что  из очевидного равенства , где интегрирование происходит вдоль прямолинейного отрезка, соединяющего точки z и  и лежащего в D, будем иметь , т.е.


.     (7)

2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34780. Структура и основные функции философии. Мировоззренческая и методологическая функция 29.5 KB
  Мировоззренческая и методологическая функция ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФИИ Философия от греч. Цель философии увлечь человека высшими идеалами вывести его из сферы обыденности придать его жизни истинный смысл открыть путь к самым совершенным ценностям. историю философии.
34781. Истоки философии мифология, религия, любовь к мудрости, раздумья философов 27.5 KB
  Мифология система преданий сказаний легенд при помощи воображения объясняющая протекание и происхождение природных и социальных процессов. Мифология в своем возникновении была наивной философией и наукой. Мифология являла собой попытку объяснения явлений природы и жизни людей взаимоотношение земного и космического начал.
34782. Специфика философского знания. Содержание метод и цель. Отличие философии от религии и искусства 42.5 KB
  Желаешь познать себя – философствуй это справедливо как для отдельного человека так и для любой эпохи. Это та область духовной деятельности человека в основании которой лежит рефлексия над самой этой деятельностью и следовательно над ее смыслом целью и формами и в конечном счете над выяснением сущности самого человека как субъекта культуры то есть сущности отношений человека к миру. Цель философии увлечь человека высшими идеалами вывести его из сферы обыденности придать его жизни истинный смысл открыть путь к самым совершенным...
34783. Философия и мировоззрение. Основной вопрос философии философское познание. Познание и нравственность 31 KB
  ФИЛОСОФИЯ И МИРОВОЗЗРЕНИЕ Всякая философия это мировоззрение т. Философия составляет теоретическую основу мировоззрения: философия это высший уровень и вид мировоззрения это системнорациональное и теоретически оформленное мировоззрение; философия это такая форма общественного и индивидуального сознания которая обладает большей степенью научности чем просто мировоззрение; философия это система основополагающих идей в составе общественного мировоззрения. Мировоззрение это обобщенная система взглядов человека и общества на...
34784. Проблема научности философского мировоззрения. Философия и наука: родство и различие функций 30 KB
  ' Теория познания специальное исследование познания которое делится: на критику познания отталкивающуюся от существовавшего до сих пор типа познания в котором она критически отказывает наличному знанию; на теорию познания в узком смысле предметом которой является этот тип познания. Проблемы которые изучает теория познания: природа познания; возможности и границы познания; отношение знания и реальности; соотношение субъекта и объекта познания; предпосылки познавательного процесса; условия достоверности знания; критерии истинности знания;...
34785. Философия древнего Китая. Даосизм и конфуцианство 42.5 KB
  Наоборот основным положением китайской философии является утверждение неразрывной связи человека и божественного Небесного начала. В классический период 6 3 века до н. Во второй период 3 11 века произошел резкий поворот к метафизике. В неоконфуцианский период 11 19 века влияние буддизма и даосизма побудило конфуцианских философов к разработке метафизической базы для своей этики.
34786. Человек в философии и культуре древней индии. Буддизм и йога 31 KB
  Учения об обществе и государстве эстетика являлись особыми теоретическими дисциплинами. Индийскую философию составляют шесть ортодоксальных признающих авторитет вед школ или систем: миманса веданта ньяя вайшешика санкхья и йога; а также неортодоксальные учения адживикизма буддизма и джайнизма. Учение каждой из них было систематизировано сборниками сутр которые кратко излагали доктрины отдельной системы учения в форме лаконичных изречений формул или правил. В основе учения мимансы лежит убеждение в том что освобождение мокша...
34787. Становление древнегреческой философии: от мифа к логосу. Диалектика Гераклита 26.5 KB
  Диалектика Гераклита Возникновение и общие принципы античной философии Античная философия зародилась в IV в. Таким образом для возникновения античной философии было необходимо единство и противоположность умственного и физического труда материи и идеи. Важным элементом философии Античности была взаимосвязь материи и идеи.
34788. Онтология античной классики. Парменид и Зенон 34.5 KB
  Античная философия это последовательно развивавшаяся философская мысль которая охватывает период свыше тысячи лет с конца VII в. Античная философия развивалась неизолированно она черпала мудрость Древнего Востока таких стран как: Ливия; Вавилон; Египет; Персия; Древний Китай; Древняя Индия. Характерные черты античной философии: 1 античная философия синкретична характерным для нее является большая слитность нерасчлененность важнейших проблем чем для более поздних видов философии; 2античная философия космоцентрична она...