柯西積分公式及其推論
柯西核(Cauchy kernel)
/ koh-SHEE /
每個柯西積分裡都坐著同一個小裝置:表達式 1 / (z - w),即柯西核。它是那個加權函數,當你沿迴路把 f 對著它積分時,便在某一點重現 f。理解這個核就是理解整條公式為何成立——它是一個集中的尖峰,恰好在你想要之處對 f 取樣。
具體地說,柯西核是出現在 f(z_0) = (1 / (2 pi i)) 乘以 gamma 上 f(z) / (z - z_0) dz 積分中的 1 / (w - z_0)(或換個寫法,微分形式 dz / (z - z_0))。它的關鍵特徵簡單卻決定性:它對 z 解析,僅在 z = z_0 處有單一個單極點,而單獨把它沿一條包圍 z_0 的迴路積分恰得 2 pi i(若 z_0 在外則得 0)。那乾淨的「2 pi i 或 0」是卷繞數在記帳,正是它把 z_0 處的值從整個邊界積分中孤立出來。
這個核是整棵推論樹的種子。對 z_0 求 n 次導,你便得到廣義公式的核 1 / (z - z_0)^(n+1);把它展開為等比級數,你便得到泰勒係數;它那單一個極點正是留數演算得以運轉的原因。在更進階的場景中,同一個核又以柯西轉換與希爾伯特轉換的面貌重現。它在某種意義上是複分析中最重要的單一個分式。
對裸核積分:沿單位圓的 dz / (z - 0) 積分等於 2 pi i,而沿同一個圓的 dz / (z - 2) 積分等於 0,因為位於 2 的極點落在外部。
若極點被包圍,核的迴路積分為 2 pi i,否則為 0。
那個 2 pi i 並非神奇的裝飾——它是圍道繞 z_0 的卷繞數乘以 2 pi i;對繞兩圈的曲線積分加倍為 4 pi i,所以定向與卷繞確實重要。
又稱
另見