解析函數與柯西-黎曼方程
解析函數的剛性
這是複分析中最令人驚嘆的單一事實的預覽,也是整門學科值得鑽研的理由:一個在開集上「僅」複可微一次的函數,自動在該處無窮多次可微,且更等於它自身圍繞每一點的收斂泰勒級數。一次導數就免費為你買下全部導數,外加一個冪級數公式。
把這與實微積分鮮明對比,那裡這些性質彼此完全獨立。實函數可以一次可微卻不二次可微(想想以 0 延拓的 x^2 sin(1/x));可以無窮可微卻不等於其泰勒級數(標準例子 e^(-1/x^2) 在 0 處所有導數為零,本身卻非零)。在複數世界這些病態無一能發生——在開集上解析即逼出完全的解析性。這就是剛性:f 在某點附近的局部資料以鐵腕掌控整個 f。
證明稍後藉柯西積分公式給出,它把 f(z)(及其所有導數)表為 f 沿環繞迴路的積分——而你可在該積分號下隨意微分任意多次。下游後果浩大:恆等定理(知道 f 在一小段弧上的值便固定它在整個連通區域上的值)、劉維爾定理、最大模原理與解析延拓,全都源於這份剛性。此刻,只須記住這句口號:在複數世界,一次可微即永遠可微且解析。
實與複在 e^(-1/x^2) 處鮮明分歧:在實數線上它在 0 處光滑,但其泰勒級數在該處恆為 0,故不解析。沒有任何解析函數能如此行——在開集上,解析逼使函數等於其泰勒級數。
在開集上一次可微即蘊含無窮可微且解析——一個複數獨有的奇蹟。
此處僅陳述、不在此證明——它依賴柯西積分公式。它在實分析中確實為假,故勿把實變數直覺帶過來。
又称
另见