障壁與正則邊界點(barrier and regular boundary point)
佩龍方法總是在區域內部煮出一個調和函數,但當你趨近某個給定的邊緣點時,那個函數是否確實抵達指定的邊界值,可能會失敗。障壁是在單一邊界點上建造的一張小證書,保證在那裡成功。擁有障壁的邊界點稱為正則邊界點;此時解在該點連續地取得正確的邊界值。
具體地說,區域 D 的邊界點 zeta 處的障壁,是一個在 zeta 附近、D 內部定義的函數 w,它是超調和的(其相反數是次調和的),在 zeta 附近處處嚴格為正,唯獨在 zeta 本身當你趨近時趨於 0。把它想成一根恰好錨定在 zeta 處地面上的小帳篷桿:它讓你從上下把佩龍解夾住,使得當 z -> zeta 時,u(z) 被迫趨向邊界值 g(zeta)。若這樣的 w 存在,zeta 是正則的、狄利克雷問題在那裡得解;若無障壁,zeta 是非正則的,解可能拒絕取得 g(zeta)。障壁是否存在,是一個關於邊界在 zeta 附近長什麼樣的純局部幾何問題。
兩個事實使這變得實用。第一,正則性由邊界的形狀決定:任何你能用一段伸出 D 之外的線段(或任何非退化連續統)尖端碰到的邊界點都是正則的——所以一切合理的邊界(光滑曲線、多邊形、每點都有一點厚度的任何東西)都完全正則,狄利克雷問題完全可解。第二,失敗的情形確實罕異:平面上一個孤立穿孔是典型的非正則點(單一點太薄、撐不起障壁),向內的尖點也可能行為不端。要點:對你在物理與幾何中遇到的區域,邊界處處正則、佩龍完全解出問題;障壁正是劃出良好邊界與病態邊界之分界的精確工具。
在圓盤的光滑邊界點上,靠近單位圓上邊界點 zeta 的函數 w(z) = (1 - Re(z / zeta)) 在內部為正、在 zeta 處為零,且調和因而超調和——這是一個障壁,證明圓盤每個邊界點都正則。
圓邊界點上的一個簡單障壁,確認圓盤的邊界處處正則。
正則性是邊界點與區域的性質,與邊界資料 g 無關;一個非正則點(如孤立穿孔)無論你指定什麼值都仍是非正則的——失敗是幾何性的,與資料無關。