輻角原理、魯歇定理與映射性質

赫爾維茨定理(Hurwitz's theorem)

/ HOOR-vits /

當一列解析函數安定下來收斂到一個極限函數,它們的零點會怎樣?這些逼近函數的根與極限函數的根有沒有關係?赫爾維茨定理給了一個令人安心的答案:零點在取極限時被保留。只要收斂在緊集上一致,根就無法在取極限時憑空冒出、或無端消失。

敘述:設解析函數 f_n 在區域的每個緊子集上一致收斂到 f(局部一致收斂),且 f 不恆為零。則對任何使 f 有零點的點 z_0,z_0 的每個鄰域最終都含有 f_n 的零點:逼近函數長出收斂到極限零點的零點。更鋒利地說,繞一個 f 在其上無零點的小圓,當 n 夠大時 f_n 在圓內的零點數等於 f 在圓內的零點數。證明是魯歇定理的乾淨應用:在繞 z_0 的小圓上,極限 f 與 0 保持一段距離,而一致收斂使得當 n 夠大時該處 |f_n - f| < |f|,故 f_n 與 f 在該圓內的零點數相同。

一個引人注目的推論關於單射性:單射(一對一)解析函數的局部一致極限,要嘛是單射、要嘛是常數。這正是在幾何函數論中跑緊性論證所需的那種穩定性——例如在黎曼映射定理的證明中抽出一個極限映射、並確知它仍是單葉的。誠實的限定:假設是有牙齒的。收斂必須是局部一致(不只是逐點),且極限不能是零函數——對常數零的極限,關於孤立零點的結論毫無意義。而定理講的是零點往哪裡去,並不保證 f_n 在同一個確切點分享同一個確切重數。

e^z = sum z^n / n! 的部分和在緊集上一致收斂到 e^z。由於 e^z 從不為零,赫爾維茨定理說:在任何固定圓盤上,部分和多項式最終在那裡也沒有零點——它們的根必逃向無窮遠。

逼近函數的零點追隨極限的零點;極限無零點時,根便逃向無窮遠。

它要求局部一致收斂且極限不恆為零;單純逐點收斂並不夠,而關於單射極限的推論確實允許常數函數作為另一種可能。

又称
Hurwitz theorem赫維茨定理