最大模原理

最大模原理

在複分析中,最大模原理說明如果單變數複變函數 是一個全純函式,那么它的模|f| 的局部最大值不可能在其定義域的內部取到。

定義

最大模原理 最大模原理

在複分析中, 最大模原理說明如果單變數複變函數 f是一個全純函式,那么它的模的局部最大值不可能在其定義域的內部取到。

換句話來說,全純函式 f要么是常數函式,要么對於任意的在其定義域之內的 z,都存在一個足夠靠近它的點 z,使得 f在後者上的取值的模 | f( z)| 比 | f( z)| 更大。

正規定義

最大模原理 最大模原理

設 f為在複平面 C的某個連通開子集 D上定義的單復變全純函式。如果 z是 D中一點,使得對它任意鄰域上的其它的點 z都有,那么函式 f是在 D上的常數函式。

證明概要

首先注意到等式:

logf(z) = log |f(z)| + i argf(z)

於是,對於復變數自然對數, log | f( z)| 是一個調和函式。 由於 z是這個函式的一個局部極大值,根據極大值定理,| f( z)| 在定義域上是常數。因此,運用柯西-黎曼方程可以得到: f'( z)=0。於是可以推出 f( z) 是一個常數函式。

通過取倒數,可以得到對應的 最小模原理。後者聲稱如果 f在一個有界區域 D內是全純函式,並在其邊界上連續,且在所有點上非零,那么函式 | f(z)| 的最小值只會在 D的邊界上取到。

同時,最大模原理可以被看作是所謂的開映射定理的一個特例。開映射定理聲稱,一個全純函式必然將開集映射到開集。如果 | f| 在定義域內部一點 a達到極大值,那么 a的一個足夠小的領域在 f映射下的像集必然不是開集。於是, f必然是常數函式。

套用

最大模原理在複分析的許多領域中都有著套用,可以產生很多重要的結果,比如:

•用於證明代數基本定理:使用最大模原理的證明是一個基本的複分析的證明,可以在很多複分析教材中看到。

•用於證明施瓦茨引理,一個在複分析中有廣泛引套用並可以推出很多結果的定理。

•其推廣是弗拉格門-林德洛夫原理,將結果擴展到定義域無界的函式。

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