Kompleks Funktionsteori

Relaterede dokumenter
Mat 2KF Minilex. Henrik Dahl 2. januar Definitioner 2. 2 Sætninger 6. 3 Symboler Opskrifter og trix Gennemregnede eksempler 16

SUPPLERENDE OPGAVER TIL KOMPLEKS FUNKTIONSTEORI F2005

Opgaver til f(z) = 1 z 4 1, g(z) = 1

z j 2. Cauchy s formel er værd at tænke lidt nærmere over. Se på specialtilfældet 1 dz = 2πi z

Besvarelse til eksamen i Matematik F2, 2012

Formelsamling - MatF2. Therkel Zøllner og Amalie Christensen 27. juni 2009

Eksamen i Matematik F2 d. 19. juni Opgave 2. Svar. Korte svar (ikke fuldstændige)

Kortfattet svar til eksamen i Matematik F2 d. 21. juni 2017

Svar til eksamen i Matematik F2 d. 23. juni 2016

(c) Opskriv den reelle Fourierrække for funktionen y(t) fra (b), og afgør dernæst om y(t) er en lige eller ulige funktion eller ingen af delene.

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 4. fjerdedel

MATEMATIK 3 EN,MP 17. september 2014 Oversigt nr. 1

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 3. fjerdedel

KOMPLEKS ANALYSE. noter til matematik beta H.A. NIELSEN

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

Eksamen i Mat F, april 2006

MATEMATIK 3 EN,MP 30. august 2013 Oversigt nr. 1

Komplekse Tal. 20. november UNF Odense. Steen Thorbjørnsen Institut for Matematiske Fag Århus Universitet

8 Regulære flader i R 3

Eksamen i Mat F, april 2006

Eksamen i Calculus. Onsdag den 1. juni Første Studieår ved Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet og Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet

Analytisk perturbationsteori for matricer

MATEMATIK 3 ET,MP, FYS, NANO 29. august 2012 Oversigt nr. 1

Ordliste MM511 Kompleks Analyse

Vektoranalyse INDLEDNING. Indhold. 1 Integraltricks. Jens Kusk Block Jacobsen 21. januar 2008

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 3. Januar 2017

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (30. september oktober 2002) side 1. Komplekse tal Arbejdsplan

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (1. oktober oktober 2001) side 1 Komplekse tal Arbejdsplan

Den homogene ligning. Vi betragter den n te ordens, homogene, lineære differentialligning. d n y dt n. an 1 + any = 0 (1.2) dt. + a1 d n 1 y dt n 1

Analyse 1, Prøve 4 Besvarelse

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Matematik F2 Opgavesæt 2

Pseudospektrer og normvurderinger

af koblede differentialligninger (se Apostol Bind II, s 229ff) 3. En n te ordens differentialligning

Kompleks funktionsteori. Christian Berg

Kalkulus 2 - Grænseovergange, Kontinuitet og Følger

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Forår - 6. Juni 2016

MATEMATIK 3 EN,MP 28. august 2014 Oversigt nr. 1

Matematik F2 Opgavesæt 6

MATEMATIK 3 EN3,MP3 28. august 2015 Oversigt nr. 1

z + w z + w z w = z 2 w z w = z w z 2 = z z = a 2 + b 2 z w

Komplekse tal. Preben Alsholm Juli 2006

DesignMat Komplekse tal

GEOMETRI-TØ, UGE 8. X = U xi = {x i } = {x 1,..., x n }, U α, U α = α. (X \ U α )

MM502+4 forelæsningsslides

Besvarelse, Eksamen Analyse 1, 2013

Noter om komplekse tal

ANALYSE 1. Uge 7, 4. juni juni, 2007

Nøgleord og begreber Eksistens og entydighed Retningsfelt Eulers metode Hastighedsfelt Stabilitet

DesignMat Uge 8 Integration og elementære funktioner

Analyse 2. Gennemgå bevis for Sætning Supplerende opgave 1. Øvelser. Sætning 1. For alle mængder X gælder #X < #P(X).

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

GEOMETRI-TØ, UGE 12. A σ (R) = A f σ (f(r))

Noter til MatF2 på KU (Matematik for Fysikere 2)

Supplerende opgaver. S1.3.1 Lad A, B og C være delmængder af X. Vis at

Indhold. Litteratur 11

Indledning. 1 Martingalerepræsentationssætningen

Note om Laplace-transformationen

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2019

Minimalflader i R 3 : Weierstrassrepræsentation og Costas flade

MM501 forelæsningsslides

Oversigt [S] 7.2, 7.5, 7.6; [LA] 18, 19

Taylorudvikling I. 1 Taylorpolynomier. Preben Alsholm 3. november Definition af Taylorpolynomium

(Prøve)Eksamen i Calculus

Gult Foredrag Om Net

= λ([ x, y)) + λ((y, x]) = ( y ( x)) + (x y) = 2(x y).

INSTITUT FOR MATEMATIK OG DATALOGI. TIDLIGERE EKSAMENSOPGAVER MM01 Juni 1993 marts 2006

matx.dk Differentialregning Dennis Pipenbring

Eksamen 2014/2015 Mål- og integralteori

Projekt 2.2 Omvendt funktion og differentiation af omvendt funktion

Vektorfelter langs kurver

Reeksamen 2014/2015 Mål- og integralteori

13 Markovprocesser med transitionssemigruppe

Noter om Komplekse Vektorrum, Funktionsrum og Differentialligninger LinAlg 2004/05-Version af 16. Dec.

2. Fourierrækker i en variabel

MM501 forelæsningsslides

Wigner s semi-cirkel lov

Besvarelser til Calculus Reeksamen August 2017

Afgør for hver af følgende rækker om den er divergent, betinget konvergent eller absolut konvergent. 2 n. n=1 2n (n + 1)2 1 = 2(n + n+1

Oversigt [S] 9.6, 11.1, 11.2, App. H.1

Polynomier af én variabel

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Januar 2019

Opgaveløsninger til eksamensopgaver. Opgavesæt 46

Komplekse tal og rækker

Analyse 1. Mads Friis Anders Friis Anne Ryelund. 25. maj 2018

ANALYSE 1, 2014, Uge 5

Hilbert rum. Chapter Indre produkt rum

Komplekse tal og algebraens fundamentalsætning.

Besvarelses forslag til Tag-hjemeksamen Vinteren 02 03

Nøgleord og begreber Eksistens og entydighed Retningsfelt Eulers metode Hastighedsfelt Stabilitet

Idenne note giver vi et eksempel på, hvorledes det er vigtigt at holde sig

n=1 er veldefineret for alle følger for hvilke højresiden er endelig. F.eks. tilhører følgen

Oversigt [S] 8.7, 8.8, 8.9

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 8

Introduktion til Laplace transformen (Noter skrevet af Nikolaj Hess-Nielsen sidst revideret marts 2013)

3. Differentialregning

Nøgleord og begreber Komplekse tal Test komplekse tal Polære koordinater Kompleks polarform De Moivres sætning

Opgave 1 Opskriv følgende vinkler i radianer 180, 90, 135, 270, 60, 30.

Transkript:

Kompleks Funktionsteori Formelræs Holomorfe funktioner Sætning. (Caucy-Riemans ligninger). Funktionen f : G C, f = u+iv er holomorf i z 0 = x 0 + iy 0 hvis og kun hvis i punktet (x 0, y 0 ). du dx = dv dy og du dy = dv dx Sætning.2 (Eulers Formler med mere (se også side 23-26)). For z C gælder exp(iz) = cos z + i sin z e x+iy = e x (cos y + i sin y) 2 Integraler cos z = eiz + e iz 2 sin z = eiz e iz 2i sinh z = ez e z 2 cosh z = ez + e z 2 Definition 2. (Kurveintegrale). Lad : [a, b] C være en en vej og lad f : C være kontinuert. Så er kurveintegralet af f langs Længden af er f = b a L() = f((t)) (t)dt b a (t) dt Lemma 2.2 (Estimationslemmaet). Lad : [a, b] C være en vej. Så gælder for en kontinuert funktion f : C f max f(z) L() z

Sætning 2.3. Hvis f har en stamfunktion F er f = F (z 2 ) F (z ) for enhver vej fra z til z 2. Specielt er integralet nul for enhver lukket vej. Sætning 2.4. For f : G C på et område G er følgende ækvivalent f har en stamfunktion. For vilkårlige z, z 2 G har f samme værdi for enhver vej fra z til z 2. = 0 for enhver lukket vej i G. Hvis betingelserne er opfyldt, er F (z) := f en stamfunktion til f, hvor er en vej fra et z 0 til z. 3 Cauchys integralformel Sætning 3. (Cauchys integralsætning). Lad f være holomorf på et enkeltsammenhængende område G og lad være en lukket vej i G. Så er f = 0 Sætning 3.2 (Caychys integralformel). Lad f : G C være holomorf på en åben mængde G og antag K(a, r) G. For alle z 0 K(a, r) gælder f(z 0 ) = f(z) dz 2πi δk(a,r) z z 0 idet cirklen gennemløbes en gang mod uret. Eksempel 3.3 (Eksempel 3., s. 52). viser hvordan man kan vise nogle integralformler ved at integrerer rundt om en firkant. Husk den! 4 Anvendelse af Cauchys integralformel Sætning 4. (Weirstrass majorantrække sætning). Lad n=0 f n(x) være en uendelig række af funktioner fra M til C. Antag der findes en konvergent række n=0 a n så n N x M : f n (x) a n Så er n=0 f n(x) uniformt konvergent på M. 2

Sætning 4.2 (Taylor rækker). Lad f være holomorf på G. Så er f vilkårligt ofte differentiabel, og har en Taylorrække i K(a, ρ) G f(z) = n=0 f (n) (a) (z a) n for f K(a, ρ) n! Og for K(a, r) G og z 0 K(a, r) gælder f (n) (z 0 ) = n! f(z) dz 2πi δk(a,r) (z z 0 ) n+ Sætning 4.3 (Picards sætning). En ikke konstant hel funktion har enten billede C eller C \ {a} for et a C. For en hel funktion der ikke er et polynomium, er urbilledet af et punkt en uendelig mængde for alle punkter på hær højst eet. Sætning 4.4 (Liouvilles sætning). En begrænset hel funktion er konstant 5 Argument. Logaritme. Potens. Definition 5. (Fortætningspunkt). Lad A C. Et punkt a C kaldes et fortætningspunkt for A, hvis r > 0 : K (a, r) A En delmængde kaldes diskret hvis den ikke har nogen fortætnigns punkter. Sætning 5.2 (Diskret billede). Lad f : A C være kontinuert på en kurvesammenhængende mængde A. Hvis f(a) er diskret i C, må f være konstant. Definition 5.3 (Argumentfunktion). En argumentfunktion på en mængde A C \ {0} forstås θ : A R så θ(z) arg(z) for alle z A. Hovedargumentet Arg(z) er det argument der ligger i ] π og π]. Hovedargumentet er kontinuert på C π := C \ {z R : z 0}. For r = z gælder Arg(z) = Arccos x r y > 0 Arg(z) = Arctan y x x > 0 Arg(z) = Arccos x r y < 0 Man kan skære planen op andre steder end π, se side 8 for dette. Man kan ofte finde kontinuerte argumentfunktioner. 3

Definition 5.4 (Logaritmefunktion). Vi definerer logaritmen til log z = log z + i arg z og hovedlogaritmen Logz = log z + iargz Sætning 5.5. For et område G er følgende ensbetydende. G er enkeltsammenhængende. 2. Enhver holomorf funktion på G har integrale 0 langs en lukket vej. 3. Enhver holomorf funktion på G har en stamfunktion. 4. Enhver nulpunktsfri holomorf funktion på G har en holomorf logaritme. 5. Enhver nulpunktsfri holomorf fukntion på G har en holomorf kvadratfod. Sætning 5.6. Lad G være et enkeltsammenhængende område C. Så findes en bijektiv holomorf funktion φ : G K(0, ). Definition 5.7 (Omløbestal). Lad : [a, b] C \ {0} være en kontinuert kurve. Så er argvar() := θ(b) θ(a) for en vilkærlig argumentfunktion θ. Omløbstallet om nul er for en lukket kruve defineret ved ω(, 0) := 2π argvar() Omløbstallet om et punkt z er så givet ved ω(, z) = ω( z, 0). Sætning 5.8. Lad : [a, b] C \ {0} være en vej. Så er dz = log (a) z (b) + iargvar() Hvis er lukket er ω(, 0) := 2π z dz 4

6 Nulpunkter og isolerede singulariteter Sætning 6.. Lad f H(G) for et område G, og antag f ej er identisk 0. Hvis a G er et nulpunkt for f, så findes et entydigt naturligt tal n og en entydig funktion g H(G) med g(a) 0 så f(z) = (z a) n g(z) z G n er nulpunktets multiplicitet. En alternativ karakterisation af n er f(a) = f (a) = f (a) = = f (n ) (a) = 0, f (n) (a) 0 Sætning 6.2 (Nulpunkter er isolerede). Lad f H(G) hvor G er et område, og antag f ej identisk 0. For ethvert nulpunkt a findes r > 0 så f(z) 0 for z K (a, r) = K(a, r) \ {a}. Mængden af nulpunkter Z(f) er diskret. Sætning 6.3 (Identitetssætningen for holomorfe funktioner). Hvis to holomorfe funktioner f, g i er område G stemmer overens på A G, hvor A har et fortætningspunkt, så er f = g på G. Definition 6.4 (Isoleret singularitet). Lad G C være et område og lad a G. Hvis f H(G \ {a} kaldes a en isoleret singularitet. Hvis a kan tillægges en værdi så f bliver holomorf i G kaldes a hævelig. Sætning 6.5. Antag at f H(G \ {a}) og at f er begrænset i K (a, r) for et r > 0. Så har f en hævelig singularitet i a. Definition 6.6 (Pol). En isoleret singularitet a kaldes en pol af orden m N for f hvis (z a) m f(z) har en grænseværdi for z a og denne grænse er forskellig fra 0. En pol af orden kaldes simpel. Definition 6.7 (Væsentlig pol). En isoleret singularitet der hverken er hævelig eller en pol kaldes væsentlig. Sætning 6.8 (Casorati-Weirstrass sætning). Hvis f H(G \ {a}) har en væsentlig singularitet i a, så er f(k (a, r)) overalt tæt i C for alle r > 0 så K(a, r) G. Definition 6.9 (Meromorf funktion). Hvis en funktion f kun har isolerede singulariteter der er enten poler eller hævelige, kalder vi den meromorf, og tillægger den værdien i polerne. Den skal ydermere opfylde P = {z G f(z) = } er diskret i G. Restriktionen f G\P er holomorf. Ethvert punkt a P er pol for f G\P. Se ydermere kapitel 6.4. 5

Sætning 6.0 (Laurantrække). Lad f være holomorf i G = {z C : R < z a < R 2 } hvor 0 R < R. Så fremstilles f i G som en entydigt bestemt Laurantrække f(z) = c n (z a) n hvor koefficienterne er givet ved c n = 2πi n= δk(a,r) f(z) dz (z a) n+ hvor R < r < R 2. Vi definerer også f i H(K(a, ρ) for en laurantrække for f f i (z) = c n (z a) n og tilsvarende f e H(C \ {a} f e (z) f e kaldes den principiale del af f. n=0 n=0 c n (z a) n Sætning 6. (Singularitet mht Laurantrække). Den isolerede singularitet a for f H(G \ {a} med Laurantrække givet som ovenfor er. hævelig, hvis og kun hvis c n = 0 for n < 0. 2. en pol, hvis og kun hvis c n = 0 for alle n < 0 på nær endelig mange. Polens orden er det største m > 0 så c m 0. 3. en væsentlig singularitet, hvis og kun hvis c n 0 for uendelig mange n < 0. 7 Residuer og deres anvendelse Definition 7. (Residue). Lad f H(G \ {a}) have en isoleret singularitet i a med Laurantrækken f(z) = c n (z a) n n= Så kaldes c for residuet af f i punktet a og skrives Res(f, a), dvs Res(f, a) = f(z)dz 2πi δk(a,r) for 0 < r < ρ hvor K(a, ρ) er den største cirkelskive i G med centrum a. Vi kan erstatte cirklen δk(a, r) med andre simple lukkede veje, der løber en gang rundt om a i positiv omløbsretning. 6

Proposition 7.2. Man kan finde udregne esiduer pæ følgende mæde, når h er meromorf. Antag at h har en simpel pol i a. Så er Res(h, a) = lim z a (z a)h(z) 2. Antag at h = f/g er meromorf med en simpel pol i a og at f(a) 0, g(a) = 0 og g (a) 0. Så er Res(h, a) = f(a) g (a) 3. Antag at h har en pol af orden m i a. Sæt φ(z) = (z a) m h(z) er Res(h, a) = φ(m ) (a) (m )! Sætning 7.3 (Cauchys residuesætning). Lad G være et enkeltsammenhængende område, og lad P = {a,..., a n } G. Lad være en simpel lukket vej i G som omslutter a,..., a n og som gennemløbes een gang med positiv orientering. For f H(G \ P ) gælder så f(z)dz = 2πi n Res(f, a j ) Sætning 7.4 (Antal poler og nulpunkter for en meromorf funktion). Lad h : G C { } være meromorf i et enkeltsammenhængende område G, og lad være en positivt orienteret simpel lukket vej i G, der ikke går igennem nogen af h s nulpunkter og poler. Så er N P = 2πi j= h (z) h(z) dz Hvor N er antallet af nulpunkter og P er antallet af poler, begge talt med orden. Bemærkning 7.5 (Argumentprincippet). Lad Γ = h. Bemærk at Γ forløber i C \ {0}. Hvis er defineret på [a, b] er N P = h (z) 2πi h(z) dz = dz = ω(γ, 0) 2πi Γ z eller tilsvarende 2π(N P ) = argvar(γ) 7

Sætning 7.6 (Rouches sætning). Lad f, g H(G) hvor G er et enkeltsammenhængende område. Lad være en simpel lukket vej i G og antag at f(z) g(z) < f(z), z Så har f og g samme antal nulpunkter talt med multiplicitet i det område som omslutter. Bemærkning 7.7 (Bestemt integraler). Hvis vi vil udregne et integrale på formen x 2 (x 2 + ) 2 dx eller lignende, så se eksampel 7.7. Sætning 7.8. Lad f være en rational funktion f(z) = p(z) q(z) = a 0 + a z + + a m z m b 0 + b z b n z n og antag at n m + 2 og at f ikke har nogen poler på den reelle akse. Så er f(z)dz = 2πi k Res(f, z j ) hvor z,... z k er polerne i det øvre halvplan. Hvis z,... z k er polerne i det nedre halvplan er f(z)dz = 2πi j= k Res(f, z j ) Sætning 7.9. Lad f være meromorf i C og uden poler på den reelle akse og med kun endeligt mange poler z,... z k i det øvre halvplan. Hvis max f(re it ) 0 for R 0 t π j= så vil f(x)e iλx dx = 2πi k Res(f(z)e iλz, z j ), λ > 0 j= Sætning 7.0. Hvis en funktion er på formen f(cos t, sin t) gælder 2π 0 f(cos t, sin t) = δk(0,) f ( ( z ), ( z )) 2 z 2i z iz dz 8

8 Nogle regneregler (z a)(z b) = a b w u w u ( z a ) z b x y z x w z + w y 9