应用复分析

奇点分类(classification of singularities)

解析函数失态之处——它无定义或发散的点——只会以少数几种泾渭分明的方式失态。有些破绽是表面的,可以修补;有些猛烈却有序;有些则真正狂野。给奇点分类,就是把这些孤立的坏点归入各自的类型,因为类型告诉你函数在附近如何表现,以及究竟该如何绕它积分的一切。

对位于点 a 的孤立奇点,判决来自该处的洛朗级数。若主部(负幂项)缺席,奇点是可去的:函数其实安然无恙,可在 a 处赋一值使之解析,如 (sin z)/z 在 z = 0 处恰等于 1。若主部仅有有限项、终于 (z - a)^{-m},则有 m 阶极点:函数像 1/(z - a)^m 那样发散,干净而可预测。若主部有无穷多个负幂项,奇点是本性的,a 附近的行为一片混沌——按卡索拉蒂-魏尔斯特拉斯的图景,函数在任何邻域内都任意接近每一个复值,正如 e^{1/z} 在原点那样。

这套分类法驱动整个计算。可去奇点毫无贡献,可以忽略。极点有一个由简单极限公式算出的有限留数,而极点是留数定理的家常便饭。本性奇点仍有留数,却抵抗那些便捷公式,需动用完整的洛朗展开。先辨明类型——在动用任何留数公式之前——正是让应用围道积分保持诚实而正确的关键。

在 z = 0 处的三种类型:(sin z)/z 的洛朗级数为 1 - z^2/6 + ...,无负幂,故奇点可去。函数 1/z^3 是三阶极点。而 e^{1/z} = 1 + 1/z + 1/(2 z^2) + ... 有无穷多个负幂,故 z = 0 是本性奇点。

可去、极点、本性——直接由洛朗级数带几个负幂读出。

这些类别只适用于孤立奇点。分支点(函数在此多值,如 sqrt(z) 的原点)则完全是另一回事——它在洛朗级数意义下并非孤立,没有单一留数,须用分支切割而非极点那套机制来处理。

又称
types of singularity孤立奇点的类型孤立奇點的類型