羅朗級數與奇點分類

孤立奇點(isolated singularity)

奇點是函數不再解析的點——在那裡它無定義、爆掉,或以別的方式破壞規則。當那個點是附近唯一的麻煩時,就稱它為孤立的:函數在它周圍一個小小的去心圓盤上完全解析,沒有別的奇點擠進來。想像一張原本光滑的紙上只有一個針孔,四周都有喘息的空間。

精確地說,若存在某個大於 0 的半徑 r,使得 f 在去心圓盤 0 < |z - z_0| < r 上解析——在那個小圓盤裡除圓心外處處解析——則 z_0 是 f 的孤立奇點。之所以要求這份空間,是因為正好在這裡羅朗級數存在:在去心圓盤上 f 等於 sum a_n (z - z_0)^n,而從那個展開的主要部分,你就能把奇點歸入三種乾淨類型之一——可去、極點或本性。

許多奇點並不孤立,它們落在這套整潔理論之外。log z 在 z_0 = 0 的分支點在通常意義下並不孤立(你無法挖去一個圓盤而讓 log 單值),而函數 1/sin(1/z) 在 z = 1/(n pi) 處有極點向 0 堆積,所以 0 是一個奇點,卻是其他奇點的極限——並不孤立。整套羅朗級數分類只適用於孤立的情形;在它之外你需要別的工具。

f(z) = 1/(z - 3) 在 z_0 = 3 有單一個孤立奇點:對任意 r 它在 0 < |z - 3| < r 上解析,附近沒有別的東西壞掉。相比之下 f(z) = 1/sin(pi/z) 在 0 有一個非孤立奇點,因為它在 z = 1/n 處的極點向那裡聚集。

孤立與否:1/(z-3) 的奇點周圍有迴旋空間;1/sin(pi/z) 在 0 處則沒有。

孤立是三分類的前提,並不保證函數是良性的——本性奇點是孤立的,卻表現得狂野失常(卡索拉蒂-魏爾斯特拉斯與皮卡)。

又稱
isolated singular point孤立奇異點