圍道積分與柯西定理

多連通區域(multiply connected domain)

若單連通區域是沒有洞的區域,那麼多連通區域就是有洞的——一個連通但某些迴路因洞擋路而無法縮成一點的區域。最簡單的例子是圓環,即兩個同心圓之間的扁平環:繞中央洞一圈的迴路被困住。洞的數目與排列正是「多連通」所追蹤的。

洞改變了積分的一切。在多連通區域上,柯西定理的簡單形式不再保證迴路積分為零,因為迴路可能環繞著藏有 f 奇點的洞。但有一個精確的替代成立:若 f 在該區域上解析,則繞外邊界的積分等於繞各內邊界積分之和(各自一致定向),因為其差可切成位於無洞部分的片段。這就是「形變」或「多連通柯西定理」,也是通往留數的門戶——每個洞貢獻它自己的記帳。

誠實的內容是,迴路積分的值現在取決於迴路繞了哪些洞、繞了幾圈。繞單一穿孔一圈的迴路可能給出 2 pi i 乘以一個留數;繞兩圈則加倍;繞另一個穿孔則給出不同的數。平面去掉若干點是標準的多連通遊樂場,而留數定理正是把圍道所捕捉的每個洞的貢獻加總起來的會計系統。

在二次穿孔平面(去掉 0 與 1)上,f(z) = 1/(z(z-1)) 解析。只圈住 0 的迴路給出一個值;只圈住 1 的迴路給出另一個值;同時圈住兩者的大迴路給出兩者之和——兩個洞以可加方式貢獻,這正是形變定理的運作。

在多連通區域上,迴路積分裂解為它所圈住各洞貢獻的和。

連通與單連通不同:多連通區域仍是一整片——失效的是並非每條迴路都能縮成一點。

又称
multiply connected regiondomain with holes多連通區