羅朗級數與奇點分類

極點(pole)

極點是奇點裡的中間孩子:比可去的洞糟,卻遠比本性奇點溫馴。在極點處函數確實爆掉——當你趨近該點時其絕對值奔向無窮——但它以一種受控、可預測的方式如此,恰如 1/(z - z_0) 或其更高冪。它正是有理函數如 1/(z - 1) 所具有的那種奇點,也是驅動留數定理的那種。

用羅朗級數的話說,孤立奇點 z_0 是極點,當主要部分非空但有限時:有一些負冪,但只到某個最小的為止。故 f(z) = a_{-m}/(z - z_0)^m + ... + a_{-1}/(z - z_0) + a_0 + a_1 (z - z_0) + ...,其中 a_{-m} 不為零、且 -m 項之下沒有東西。數 m 是極點的階。乾淨的行為標記是當 z 趨近 z_0 時 |f(z)| 趨於無窮——而那個極限以趨於無窮的意義存在,正是把極點與本性奇點區分開來的關鍵,因為後者沒有這種極限。

極點是複分析的家常便飯,正是因為它們如此良性:在 m 階極點附近,函數看起來像 1/(z - z_0)^m 的某個已知倍數,你可以乘以 (z - z_0)^m 把它去除而還原出一個解析函數,而留數(係數 a_{-1})可由一個簡單的極限算出。其奇點僅為極點的函數有自己的名字——亞純函數——而幾乎整套圍道積分的機制都是為了採收極點處的留數而建。

f(z) = (z + 1)/(z - 2)^3 在 z_0 = 2 有一個極點。代入 w = z - 2 得 (w + 3)/w^3 = 1/w^2 + 3/w^3,故以 z 表示為 1/(z - 2)^2 + 3/(z - 2)^3。最低項是 (z - 2)^(-3),所以這是一個 3 階極點,且當 z 趨近 2 時 |f| 趨於無窮。

止於 (z - 2)^(-3) 的有限主要部分標記出一個 3 階極點。

|f| 趨於無窮必須在每個趨近方向上都成立;若 |f| 沿某條路徑爆掉卻沿另一條保持很小,那個點是本性奇點,而非極點。

又称
pole of finite order極點