正規族、蒙泰爾定理與黎曼映射定理

局部一致收斂(locally uniform convergence)

想像一列函數慢慢地安頓到一個極限函數上,像閃爍的影像逐漸聚焦清晰。「安頓下來」有好幾種強弱。最弱的是逐點收斂,只要求在每個個別的點上,值最終會靠近——但收斂速度在不同的點上可能天差地遠,因此即使每一項都光滑,極限仍可能很醜。最強的是在整個區域上的一致收斂,要求一個處處同時成立的單一誤差界。局部一致收斂介於兩者之間,而且恰好是適合全純函數的概念:在區域的每個緊(有界閉)部分上收斂是一致的,即使在靠近邊界或趨向無窮遠時收斂變差。

嚴格地說,函數列 f_n 在開區域 D 上局部一致收斂到 f,是指對 D 的每個緊子集 K,當 n -> 無窮時 |f_n(z) - f(z)| 在 K 上的最大值趨於 0。相較於整體一致收斂,關鍵的放寬在於:你絕不被要求一次掌控 D 邊緣附近的行為;你只需在每一個固定的內部塊上取勝。一個乾淨的判準:函數列局部一致收斂,恰當且僅當它在每個嚴格落在 D 內部的閉圓盤上一致收斂。例如,幾何級數 sum z^n 的部分和在開單位圓盤 |z| < 1 上局部一致收斂到 1/(1 - z)——在每個較小的圓盤 |z| <= r(r < 1)上一致收斂——但在整個開圓盤上並非一致收斂,因為誤差在 |z| -> 1 時爆增。

這正是尊重全純性的收斂。在局部一致收斂之下,全純函數的極限仍是全純的,而且(一個沒有實變數類比的小奇蹟)導數也收斂——這就是魏爾斯特拉斯收斂定理。它也是正規族與蒙泰爾定理背後的自然拓撲。常見的誤解是期待整體一致收斂;在非緊定義域上這通常要求太多,硬要它會丟掉大多數有用的極限。局部一致才是誠實而可行的標準。

部分和 S_N(z) = 1 + z + z^2 + ... + z^N 在開單位圓盤上局部一致收斂到 1/(1 - z)。在圓盤 |z| <= 1/2 上,尾項誤差至多為 (1/2)^(N+1)/(1 - 1/2),它一致地趨於 0;在 |z| <= 0.99 上你仍會取勝,只是慢一些。但沒有單一的 N 能一次馴服整個開圓盤。

在每個內部圓盤上一致,卻從不在整個開圓盤上一致——這正是局部一致收斂的標誌。

在開集上的局部一致收斂等價於在每個緊子集上的一致收斂;「正規收斂」與「緊集上一致」指的是同一回事。別把它和整體一致收斂混淆,後者嚴格地更強。

又稱
uniform convergence on compact subsetsnormal convergence緊集上的一致收斂內閉一致收斂