柯西積分公式及其推論
平均值性質(the mean-value property)
站在解析函數的任一內部點上,繞著自己畫一個小圓。平均值性質說,你圓心處的值恰好是圓周上各值的平均。函數在圓心處相對於周圍既不向上鼓起也不向下凹陷;圓心永遠是圓環的完美平均。
用符號表示:若 f 在以 z_0 為心、半徑 r 的圓上及其內部解析,則 f(z_0) = (1 / (2 pi)) 乘以從 0 到 2 pi 的 f(z_0 + r e^(i theta)) dtheta 的積分。這是柯西積分公式特化到圓並改寫的結果:把圍道參數化為 z = z_0 + r e^(i theta),代入 f(z_0) = (1 / (2 pi i)) 乘以該圓上 f(z) / (z - z_0) dz 的積分,dz 與核相結合使半徑與 i 抵消,只剩下一個純角度平均。圓心值就是邊界值的平均,毫不誇張。
同樣的平均對實部與虛部各自成立,它們都是調和函數,所以調和函數也滿足平均值性質。由這一個事實流出最大與最小原理:若圓心永遠等於平均,它就絕不能嚴格超過周圍的一切,故 |f| 與調和函數不能有嚴格的內部最大值。這個性質也是拉普拉斯方程的解為何會抹平、沒有孤立凸起背後的離散心跳。
取 f(z) = z、z_0 = 0,f 沿圓 |z| = r 的平均為 (1 / (2 pi)) 乘以從 0 到 2 pi 的 r e^(i theta) dtheta 的積分,等於 0——恰為 f(0),一如性質所保證。
圓心值等於沿任一環繞圓的角度平均。
平均值性質刻畫了調和(與解析)函數:在每一點、每個小半徑都具此性質的連續函數自動是調和的——它不只是個副作用。
又稱
另見