解析延拓、單值性與黎曼曲面

函數的芽(germ)

函數元素攜帶一整個圓盤,但若我們真正在意的只是函數在某一點的行為,那麼圓盤的大部分都是多餘的。芽就是這份提煉出的精華:當你同意忽略圓盤的大小、並把任何在 z_0 的某個(可能很小的)鄰域上恰好重合的兩個函數視為相同時,解析函數在 z_0 附近所剩下的東西就是芽。通過 z_0 的兩個函數元素若在 z_0 周圍某個小圓盤上相符——無論多小——便定義「同一個」芽。所以芽是元素的一個等價類——一塊「點大小」的解析行為。

具體而言,在 z_0 附近,解析函數完全由它在那裡的泰勒係數決定:a_0 = f(z_0)、a_1 = f'(z_0)、a_2 = f''(z_0)/2!,依此類推。芽實際上正是這串無窮的係數(且收斂半徑為正)。兩個函數在 z_0 有相同的芽,恰好等於它們在 z_0 的所有導數都相符。這就是為何芽與冪級數幾乎可互換:芽「就是」那個收斂冪級數,剝去了任何關於它向外多遠仍有效的主張。

芽是全域理論最乾淨的構件。把一個起始函數的所有延拓的所有芽,依「這兩個芽由一條鏈相連」的關係黏在一起,就構成一個空間——而把這個空間幾何化,正是該函數的黎曼曲面。用芽來說話,讓我們能毫不含糊地表達:兩條延拓路線「抵達同一個局部函數」(同一個芽)或抵達「不同的分支」(同一底點上方的不同芽)究竟是什麼意思。

在 z_0 = 1,函數 Log z 與函數 Log z + 2 pi i 是兩個「不同」的芽:它們有相同的導數(兩者導數都是 1/z 等等),但在 1 的值不同(0 對 2 pi i),故它們在任何鄰域上都不相符。相較之下,Log z 與展開式 (z-1) - (z-1)^2/2 + ... 在 1 的每個係數都相同,所以它們是「同一個」芽。

相同導數 = 相同的芽。不同的常數項表示坐落在同一點上方的不同分支。

芽不記得級數在多大的圓盤上收斂——只記得局部行為。收斂半徑是某個特定元素的性質,而非芽的性質。

又称
germfunction germ函數芽