柯西積分公式及其推論
依賴參數的積分的解析性(analyticity of parameter integrals)
許多重要的函數並非由公式給出,而是由帶參數的積分給出,例如 F(z) = 在某路徑或集合上的 g(z, w) dw 的積分,其中 z 是複參數而 w 被積掉。一個自然且有用的問題:若被積式對 z 解析地依賴,那麼所得的函數 F 對 z 也解析嗎?柯西的機器在溫和條件下回答「是」——解析性能穿過積分號。
乾淨的敘述:若 g(z, w) 對每個固定的 w 對 z 解析、對兩個變數連續、且在一個固定有界集上的積分收斂良好(例如在緊 z-集上一致收斂),則 F(z) = g(z, w) dw 的積分對 z 解析,你甚至可以在積分號下求導,F'(z) = g 對 z 的導數的積分。證明是一個莫雷拉論證:把 F 沿任一三角形積分,交換積分次序(由收斂性所保證),利用 g 對 z 解析故其三角形積分為零,斷定 F 的三角形積分為零,莫雷拉便使 F 解析。
這是讓一大族特殊函數合法化的沉默主力。由積分定義的伽瑪函數、拉普拉斯與傅立葉轉換,以及柯西積分公式本身(一個其參數為 z_0 的積分),都恰因這條原理而解析。值得其分量的警語:你必須控制收斂性——在緊集上一致收斂是慣常的通行證,若無它,交換極限、導數與積分可能失敗。
伽瑪函數 Gamma(z) = 從 0 到無窮的 t^(z-1) e^(-t) dt 的積分,在 Re z 大於 0 時解析,因為被積式對 z 解析且積分在該半平面的緊子集上一致收斂。
只要在緊集上一致收斂,一個積分便定義出一個解析函數。
對參數的解析性並非自動成立——它倚賴足夠的收斂(通常為緊集上一致);對無窮範圍的積分你必須檢查尾端,否則積分號下求導可能給出錯誤答案。
又称
另见