調和函數與狄利克雷問題

哈納克原理(Harnack's principle)

/ HAR-nahk /

把調和函數按遞增順序疊起來——每一個處處至少和前一個一樣大——並問它們的極限長什麼樣。哈納克原理給出一個乾淨的二分:要嘛極限在每塊緊緻片上一致地衝向無窮,要嘛它安定成一個完美的調和函數。沒有中間地帶,沒有那種這裡有限、那裡無窮、糾纏不清的破碎極限。

精確陳述:設 u_1 <= u_2 <= u_3 <= ... 是連通區域 D 上一列遞增的調和函數。則恰好發生兩件事之一。要嘛 u_n(z) -> +無窮在 D 的每個緊緻子集上一致成立,要嘛 u_n(在緊緻子集上一致地)收斂到一個極限函數 u,而 u 本身在 D 上調和。其機制是把哈納克不等式用在非負差 u_n - u_m 上:正性迫使該序列在任何緊緻集上同步地增長或收斂,所以單一點的收斂便散布為處處收斂,而調和函數在緊緻集上的一致極限是調和的。

這正是使求解狄利克雷問題的佩龍方法得以運作的精確工具:在那裡人們把解建構成一族次調和函數的上確界(一種遞增極限),而哈納克原理正是保證所得候選確實是調和、而非僅僅某個毫無結構之極限的東西。它是那些使解析函數的極限保持解析的定理(魏爾斯特拉斯、蒙泰爾)的調和函數類比。一個值得強調的點:單調性是必要的——沒有遞增(或遞減)的假設,調和函數的極限未必調和,乾淨的二者擇一也隨之崩潰。

設 u_n(z) = (1 - 1/n) 乘以調和函數 Re((1 + z)/(1 - z)),即帕松核的位勢;每個 u_n 都調和且為正,該序列遞增到其極限,由哈納克原理那個極限在圓盤上仍是調和的。

一列遞增的調和函數,哈納克原理證明其極限是調和的。

這個二分是在局部一致收斂到調和函數與局部一致發散到 +無窮之間;遞增序列不可能收斂到非調和的東西,但若你去掉單調性則一切都不成立。

又稱
哈納克原理Harnack's convergence theorem哈納克收斂定理