解析函式項級數

解析函式項級數

解析函式項級數,是由解析函式組成的級數。在複分析中有不同的結果:一致收斂的解析函式項級數是解析函式。 。

解析函式項級數

正文

解析函式組成的級數。在實分析中,可導函式的一致收斂級數不一定可導。例如由外爾斯特拉斯定理知道,在【α,b】上連續的任何函式可表示為一致收斂的多項式級數。在複分析中有不同的結果:一致收斂的解析函式項級數是解析函式。
設ƒn(z)(n=1,2,…)是在區域D內連續的函式。如果對任何緊集K嶅D以及任何ε>0,存在著正整數N=N(K,ε),使得對n≥N及任何z∈K,解析函式項級數,則稱級數解析函式項級數(簡寫為解析函式項級數)在D內任何緊集上一致收斂。如果對任何緊集K嶅D,級數解析函式項級數收斂,則稱解析函式項級數在D內任何緊集上正規收斂。正規收斂性在套用中是常見的;顯然,如果 解析函式項級數在D內任何緊集上正規收斂,那么它在這種集上一致收斂。
套用柯西公式(見柯西積分定理),K.外爾斯特拉斯證明了下列定理:設ƒn(z)(n=1,2,…)在區域 D 內解析,如果解析函式項級數在D內任何緊集上一致收斂,那么它的和ƒ(z)在D內解析,而且在D內,解析函式項級數,此式右邊的級數在D內任何緊集上一致收斂。如果 解析函式項級數在D內任何緊集上正規收斂,那么級數解析函式項級數在D內任何緊集上也正規收斂。
形如解析函式項級數(簡記為解析函式項級數,式中αn和z0為複數)的級數是一種特殊的解析函式項級數,稱為冪級數。
對於這種級數有下列阿貝爾引理:設解析函式項級數在z1≠z0收斂。則對滿足解析函式項級數的任何z,級數絕對收斂。
由這引理出發,可以證明任何冪級數解析函式項級數屬於下列三種情況之一。
① 存在著有限正數R;級數在圓盤|z-z0|<R內絕對收斂而且在這圓盤內任何緊集上正規收斂;當|z-z0|>R時,級數發散。這時R稱為級數的收斂半徑,|z-z0|<R稱為收斂圓盤,|z-z0|=R 稱為收斂圓周。
② 對任何z≠z0,級數發散;這時稱級數的收斂半徑為0。
③ 對任何z,級數收斂,從而在任何緊集上正規收斂;這時稱級數的收斂半徑為+∞。
由外爾斯特拉斯定理,在第一種情況下,冪級數在收斂圓盤內解析,並且可逐項求導數;在第三種情況下,冪級數表示一整函式(即在整個有限複平面解析的函式),並且可在有限複平面內逐項求導數。
在第一種情況下,冪級數在其收斂圓上的點可能收斂,也可能發散。例如解析函式項級數的收斂半徑都是1,而在收斂圓周上,第三個級數處處收斂;第一個級數處處發散;第二個級數在-1收斂,在1發散(可證明它在收斂圓周上除去1外處處收斂)。對於在圓周上某些點收斂的冪級數,有下列阿貝爾-施托爾茨定理:設冪級數解析函式項級數有收斂半徑R(0<R<+∞),並且它在收斂圓周上一點z*收斂。作以z*為頂點、以z0及z*的聯線為平分角線,並且角度小於π的角。那么當z在收斂圓盤內且在這角域內趨近於z*時,有

解析函式項級數

冪級數解析函式項級數的收斂半徑R可以用下列柯西-阿達馬公式求出:

解析函式項級數

當上式右邊中分子為+∞時,R=0;當它為0時,R=+∞。

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