圍道積分與柯西定理
柯西-古薩定理(Cauchy-Goursat theorem)
/ Goursat: goor-SAH /
柯西對其積分定理的原始證明悄悄假設了導數 f' 連續,因為它倚賴格林定理。古薩的成就在於完全移除那根拐杖。柯西-古薩定理是同樣的結論——單連通區域中解析 f 繞封閉圍道的積分為零——但在盡可能精簡的前提下證明:f 只需複可微,不假設 f' 連續。
為何這是大事:先驗地,複可微只是每點處存在單一極限,看似溫和的要求。古薩證明了它已迫使積分定理成立。而一旦積分定理成立,柯西積分公式隨之而來,再由那個公式可證明解析函數自動無窮可微並等於其泰勒級數。所以柯西所假設的 f' 連續性原來是免費的推論,而非必要的輸入。古薩細緻的記帳正是讓理論從最弱假設自我拔升到最強結論的關鍵。
證明技巧是三角形論證:先用反覆細分對三角形的邊界證明定理,再藉由把多邊形切成三角形而推廣到多邊形,最後藉由逼近推廣到任意圍道。為三角形建立它是關鍵,因為後續每一步都歸結到那個基本情形。其回報是基礎上的誠實——複分析的奇蹟僅僅依賴於可微性,恰如人們所期望的。
取 f 在某圓盤上解析,三角形 T 在其內。藉由連接邊中點把 T 細分為四個全等子三角形;T 邊界上的積分是四個子邊界上積分之和(共享的內邊相消)。至少有一個子三角形所載的積分至少為整體的四分之一。反覆迭代,聚焦於一點,可微性使該處積分小到可忽略,於是斷定原積分為 0。
古薩三角形證明核心的四分細分步驟。
柯西-古薩與「柯西積分定理」指的是同一個結論;帶連字號的形式只是表彰古薩在不假設 f' 連續的情況下證明了它。
又称
另见