基礎:複數與複平面的幾何

開集、連通與區域(open sets, connectedness and domains)

在你能談論一個複變函數連續、可微或解析之前,你得先說它住在「哪裡」——在平面的哪個部分。幾個詞彙搭起這個舞台。點 z_0 的一個鄰域是它周圍的一個小開圓盤,即所有滿足 |z - z_0| < r 的點 z(r > 0 為某半徑)。一個集合是開的,如果它「全是內部、沒有邊」:集合中每一點周圍都有一整個小鄰域仍落在集合之內。開圓盤 |z| < 1 是開的;閉圓盤 |z| <= 1 不是,因為恰在邊緣上的點,其鄰居會探出界外。

一個集合是連通的,粗略地說,就是它是一整塊——你能在它任兩點之間穿行而不離開集合(對平面中的開集,你甚至能沿著一條由直線段構成的路徑做到)。「區域(domain)」一詞在複變分析中有精確的技術含義:區域是一個「既開又連通」的集合。(當心——日常數學裡「domain」也單指一個函數的輸入集,所以要看上下文;此處指的是這個既開又連通的區域。)開圓盤、上半平面與環域都是區域;兩個分開的圓盤合在一起雖開卻不連通,故非區域。

何必為此操心?因為複變分析的核心定理都是關於「在一個區域上的函數」的陳述,而它們確實兩個性質都需要。開性確保每一點周圍都有餘地,讓導數或極限有意義(沒有彆扭的邊界點)。連通性則是唯一性得以成立的關鍵:恆等定理說,一個在區域中極小一塊上被定下的函數,會被逼著在整個區域上都定下來——但這只因為該區域是一整塊連通的。把這些基礎弄對,日後那些有力的結果才站得穩。

集合 {z : 1 < |z| < 2}(一個環域)是區域:它是開的(沒有點落在任一邊緣上)且連通的(你能繞著圓環從任一點走到任一點)。但 {z : |z| < 1 或 |z - 5| < 1}——兩個分開的圓盤——雖開卻不連通,所以不是區域。

區域=既開又連通。兩塊不連通的開區塊不合格。

留意「domain」這個詞:在複變分析中它特指一個既開又連通的集合,但在一般用法中它只是指一個函數的輸入集。兩種讀法通常一致,因為我們正是在這樣的區域上定義複變函數,但精確的意義是「既開又連通」的那一個。

又稱
neighborhoodregion鄰域區域定義域