羅朗級數與奇點分類
偉大的皮卡定理一瞥(the great Picard theorem)
/ pee-KAR /
卡索拉蒂-魏爾斯特拉斯已經說過,本性奇點附近的函數任意逼近每一個值。夏爾-埃米爾·皮卡(Charles Emile Picard)證明了更驚人的事:它不只是逼近——它實際上命中幾乎每一個值,而且每一個都命中無窮多次。本性奇點處的狂野,比稠密像所暗示的還要劇烈。
偉大的皮卡定理陳述:在本性奇點 z_0 的每一個去心鄰域中,函數 f 取到每一個複數值——至多除一個唯一例外——無窮多次。所以在整個複平面中,至多只有一個 f 在 z_0 附近可能躲開的「缺失值」;其餘每一個值都被取到,在任何多麼小的圓盤裡都一次又一次。那唯一的例外確實可能且必要:對 e^(1/z) 在 0 附近,缺失值是 0(指數函數永不為零),而 e^(1/z) 確實在 0 附近無窮多次取到每一個非零複數。
我們在此僅一瞥,是因為它的證明很難——遠遠超出羅朗級數,要動用模函數或關於正規族的蒙泰爾定理——也因為值分布的故事更完整地屬於整函數理論(它的姊妹,小皮卡定理,說非常數整函數至多漏掉一個值)。對分類奇點而言要緊的是這個標題:本性奇點如此劇烈,以致於至多除一個可能的例外,函數在任何鄰域中都把整個複平面實現無窮多次。解析函數失常的方式,沒有比這更戲劇化的了。
e^(1/z) 在 0 附近闡明了兩半:它永不取到的那一個例外值是 0,而其餘每一個複數——1、-7、3 + 4i,隨你舉例——都在任何去心圓盤 0 < |z| < delta 中被取到無窮多次。
唯一允許的例外(0)與「其餘一切皆無窮多次」都在 e^(1/z) 上發生。
例外至多一個值,而且確實可能出現,所以別把皮卡誇張成「取到每一個值」——對 e^(1/z) 而言值 0 確實被漏掉;而這一瞥並非證明,那比本領域其餘部分深刻得多。
又稱
另見