羅朗級數與奇點分類

黎曼可去奇點定理(Riemann's removable-singularity theorem)

/ REE-mahn /

你遇到一個在去心圓盤上處處解析、唯獨可能在圓心出問題的函數,而你想知道圓心是真正的奇點,還是只是一個可填補的洞。黎曼定理給出一個出奇簡單的判別法:只要檢查函數在該點附近是否保持有界。若是,這奇點從來就不是真的——它可以被去除。

精確地說:設 f 在去心圓盤 0 < |z - z_0| < r 上解析。若 f 在那裡有界(當 z 趨近 z_0 時其絕對值保持低於某個固定數 M),則 z_0 是可去奇點——f 延拓為一個在整個圓盤 |z - z_0| < r 上解析的函數。你甚至不必事先知道極限;單單有界就迫使羅朗級數的主要部分消失。看出原因的快捷途徑:a_{-n} = (1/(2 pi i)) 乘以 f(z)(z - z_0)^(n-1) dz 沿半徑 rho 的小圓的積分;ML 不等式把它限制在 M 乘以 rho^n,當 rho 縮小時對 n 大於或等於 1 它趨於 0,於是每個負係數都被迫為零。

這條定理正是「有界」成為最溫和奇點試金石的原因。它作為工具也出奇地有力:它讓你能忽略只知道函數有界的那些點,事後才知曉那裡一直都是解析的。它與極點(|f| 趨於無窮)和本性奇點(|f| 根本沒有極限)形成鮮明對比,於是三種類型由其行為乾淨地區分:有界、爆向無窮、或狂野。

f(z) = z / (e^z - 1) 在 0 處看似奇異,但在 0 附近分母 e^z - 1 約為 z,故 f 約為 1——保持有界。黎曼定理於是保證 0 可去,而 f 確實以 f(0) = 1 延拓。

僅憑有界、不需其他資訊,便能證明該奇點是可去的。

假設是有界,而非連續或有極限——你不需要知道那個值,也絕不可對無界函數套用此結論,那裡它根本不成立(那些是極點或本性奇點)。

又称
Riemann's extension theorem黎曼延拓定理