柯西積分公式及其推論

解析函數的無窮可微性(infinite differentiability)

在實數線上,擁有一個導數幾乎不告訴你能否有第二個。函數 x^2 sin(1/x)(在 0 處適當補定義)可微一次卻不可微兩次;你可以造出恰好可微 k 次、不能再多的函數。在複數世界裡,這整座階梯塌縮成單獨一階:一個在開集上即使只複可微一次的函數,在那裡便自動無窮多次可微。

這是廣義柯西公式的直接贈禮。因為只要 f 解析(柯西公式只需要一個導數份量的結構,即 f 在 gamma 上及其內部解析),f^(n)(z_0) = (n! / (2 pi i)) 乘以 f(z) / (z - z_0)^(n+1) dz 沿 gamma 的積分對每個 n 都存在,於是每一個更高階導數不僅存在,本身還由一個圍道積分給出——而由這種積分給出的函數又是解析的。因此 f'、f''、f''' 等等也全都解析。不存在「可微兩次卻不可微三次」的解析函數。

為何重要:這是複可微遠強於其實變數表親的最乾淨徵兆。它是通往解析性的橋樑——一旦你知道 f 光滑且其導數受控(柯西估計),你就能組裝出它的泰勒級數並證明它收斂到 f。解析、無窮可微、與可展為冪級數,原來是同一類函數的三個名字,這個等價對實函數毫無對應。

實函數定義為當 x 不為 0 時為 x^2 sin(1/x)、在 x = 0 時為 0,它可微一次但其導數在 0 處不可微;任何解析函數都不可能如此——複可微一次就逼出所有導數。

一個只有一階導數的實例,在複數世界沒有對應物。

常見的失誤是以為這單由柯西-黎曼方程便可推得——並非如此;你需要在整個開集上解析,這才使積分公式能作用在一條環繞圍道上。

又称
smoothness of holomorphic functions全純函數無窮可微holomorphic implies C-infinity