复变函数的解析函数项级数与一致收敛性
字数 868 2025-11-09 11:10:21

复变函数的解析函数项级数与一致收敛性

我们先从基础概念开始。解析函数项级数是指每一项都是解析函数的函数项级数,形如:

\[\sum_{n=1}^{\infty} f_n(z) \]

其中每个 \(f_n(z)\) 在区域 \(D\) 内解析。这种级数的和函数是否仍解析,取决于级数的收敛性质。若级数在 \(D\) 内内闭一致收敛(即在 \(D\) 的任意紧子集上一致收敛),则和函数在 \(D\) 内解析,且可逐项求导或积分。

一致收敛性是关键。若对任意紧子集 \(K \subset D\) 和任意 \(\epsilon > 0\),存在 \(N\) 使得当 \(m,n > N\) 时,

\[\left| \sum_{k=n}^{m} f_k(z) \right| < \epsilon \quad \forall z \in K, \]

则级数在 \(D\) 内内闭一致收敛。此条件保证了极限函数连续,且若各项解析,则和函数解析。

进一步,若级数内闭一致收敛,则可逐项求导:

\[\frac{d}{dz} \left( \sum_{n=1}^{\infty} f_n(z) \right) = \sum_{n=1}^{\infty} f_n'(z), \]

且求导后的级数同样内闭一致收敛。此性质源于柯西积分公式和一致收敛下的积分号下取极限。

一致收敛性还关联到级数的积分。若 \(\gamma\)\(D\) 内可求长曲线,则

\[\int_{\gamma} \left( \sum_{n=1}^{\infty} f_n(z) \right) dz = \sum_{n=1}^{\infty} \int_{\gamma} f_n(z) dz, \]

即积分与求和可交换。这为复积分计算提供了便利。

最后,应用实例包括幂级数展开(一致收敛于解析函数)和部分分式展开(如余切函数的展开),体现了解析函数项级数在构造和表示函数中的核心作用。

复变函数的解析函数项级数与一致收敛性 我们先从基础概念开始。解析函数项级数是指每一项都是解析函数的函数项级数,形如: \[ \sum_ {n=1}^{\infty} f_ n(z) \] 其中每个 \( f_ n(z) \) 在区域 \( D \) 内解析。这种级数的和函数是否仍解析,取决于级数的收敛性质。若级数在 \( D \) 内内闭一致收敛(即在 \( D \) 的任意紧子集上一致收敛),则和函数在 \( D \) 内解析,且可逐项求导或积分。 一致收敛性是关键。若对任意紧子集 \( K \subset D \) 和任意 \( \epsilon > 0 \),存在 \( N \) 使得当 \( m,n > N \) 时, \[ \left| \sum_ {k=n}^{m} f_ k(z) \right| < \epsilon \quad \forall z \in K, \] 则级数在 \( D \) 内内闭一致收敛。此条件保证了极限函数连续,且若各项解析,则和函数解析。 进一步,若级数内闭一致收敛,则可逐项求导: \[ \frac{d}{dz} \left( \sum_ {n=1}^{\infty} f_ n(z) \right) = \sum_ {n=1}^{\infty} f_ n'(z), \] 且求导后的级数同样内闭一致收敛。此性质源于柯西积分公式和一致收敛下的积分号下取极限。 一致收敛性还关联到级数的积分。若 \( \gamma \) 是 \( D \) 内可求长曲线,则 \[ \int_ {\gamma} \left( \sum_ {n=1}^{\infty} f_ n(z) \right) dz = \sum_ {n=1}^{\infty} \int_ {\gamma} f_ n(z) dz, \] 即积分与求和可交换。这为复积分计算提供了便利。 最后,应用实例包括幂级数展开(一致收敛于解析函数)和部分分式展开(如余切函数的展开),体现了解析函数项级数在构造和表示函数中的核心作用。