应用复分析
解析函数(analytic function)
在实分析里,一个函数可以只可导一次而不可导两次,或者光滑却暗藏意外。一旦走进复平面,一种惊人的刚性便浮现出来。解析函数是指在某个开区域内每一点都在复意义下可导的复函数 f(z)。仅仅这一条要求——无论从哪个方向逼近,导数都给出同一个数——就强大得出奇,本领域几乎所有有力工具都由它流出。
复可导意味着当 h 趋于零时,极限 (f(z + h) - f(z))/h 无论 h 沿实轴、虚轴还是任何螺线逼近都给出同一答案。这是一个真实的约束,因为在平面上逼近的方向有无穷多个,而不只是两个。要求它们全都一致,就迫使 f 的实部与虚部通过柯西-黎曼方程相互锁定。随之而来一个奇迹:在此意义下仅可导一次的函数自动可导无穷多次,并在区域内任一圆盘上等于自身的泰勒级数。可导一次即解析;解析即刚性而可预测。
解析函数是数学物理与工程的工作材料:势、流体速度场、电磁场以及信号变换,凡在其支配方程成立之处,都以解析函数的形式存在。它们的刚性正是其有用之处——只要知道 f 在一小块区域上、甚至仅在一条边界曲线上的值,就把它在各处都钉死了;而在实轴上看似不可能的积分,一旦视作解析函数的取样,便迎刃而解。
f(z) = z^2 处处解析:写 z = x + i y,则 f = (x^2 - y^2) + i(2xy),可验证两部分都满足柯西-黎曼方程,且 f'(z) = 2z。相反,f(z) = z 的共轭(即 x - i y)处处不可导——沿实轴逼近得导数 +1,沿虚轴逼近得 -1,故不存在单一的复导数。
z 的多项式是解析的;取共轭则不是——复可导是一项真实而苛刻的要求。
对单复变函数而言,解析与全纯是一回事。这两个词常被当作与光滑同义来用,但一个实函数可以无穷光滑却在实意义下并不解析——复的概念要强得多。
又称
另见