K解析函数的幂级数展开式

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大理学院学报第8卷第4期2009军4月.:2:2竺些篮2竺:竺:錾2耋:::.一..一..一一.一.一一..一一一...==:=:竺:三竺型:.·
K一解析函数的幂级数展开式
张建元,张毅敏,刘承萍,姜锐武
(昭通师范高等专科学校数学系,云南昭通657000)
[摘要]给出了K一解析函数的幂级数展开式,并在此基础上得到了K一解析函数的零点孤立性及其唯一性,所得结论是解析函数与共轭解析函数中相应结果的继续和应用。
[关键词]K一解析函数;收敛K一半径;幂级数展开式;零点;唯一性定理
[中图分类号]0174.5[文献标识码]A[文章编号]1672—2345(2009)04—0014—05
ExpansionofK-analyticFunctioninPowerSeries
ZhangJianyuan,ZhangYimin,LiuChengping,JiangRuiwu
(DepartmentofMathematics,ZhaotongJuniorTeacher'sCollege,Zhaotong,Yunnan657000,China)
[Abstract]TheessayproposedtheexpansionofK—analyticfunctioninpowerseries,andthisbasisdeductedouttheisolatedcharacterofpointandtheuniquenesstheoremofK—analyticfunction.Theconclusionistheextensionofthecorrespondingresultfromtheanalyticfunctionandconjugateanalyticfunction.
[KeywordsJK-analyticfunction;convergenceK—radius;theexpansioninpowerseries;zel"ooffunction;uniquenesstheorem
在文献[1—2]中,我们给出K一解析函数的概念,并分别用极限、积分的数学思想方法研究了它的一些性质。本文将在此基础上用级数理论的数学思想方法来研究它的另一些性质,所得结论是解析函数与共轭解析函数中级数理论的继续和应用。
两地汤组成1基本概念
1.1K一解析函数项级数定义1.1设函数爪z)桠。的某邻域内有定义,彳(后)=x+iky(O#k∈R)∥彳)在彳。处的K一导缈。√%)=芝等I笺粤等暑兰筹(存在)。“z)在。内的K一导数记为厂。√z)(z∈。),一般地八z)的n阶K一导数批)2等2南(等](zeD)o批荆也觥艄疵
定义1.2牵钒z)在区域D内K一可导,币妖z)在D内K一解析以z)在z≈。的某个邻域内K一可导,乖积:)在z。是K一解析。把在区域D内K一解析的函数全体记为F(D(k))。
设函数列/f.(z”中Z(彳)(n=l、2、…)在点集ECC上有定义,则级数
[基金项目】云南省教育厅科研基金资助项目(08y0369)
[收稿日期]2008—10—10
[作者简介】张建元(1956一),男,云南祥云人,副教授,主要从事复变函数研究.
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微信怎么打招呼总第64期张建元。张毅敏。刘承萍,等K一麓析函数的摹级薮展开式第8锚
酝(z)萌(z)幔(z)+..·锈(z)+-.·(1.1)
称为E上的复变函数项级数。
类似于数学分析中的级数有如下结论[3]:定N1.1级数(1.1)各项‘(三)在曲线c上连续,且一致收敛刁抓z),
则沿c可以逐项K一积分…:f“z)dz(k)=乏I正(z)出(后。
定理1.2级数(1.1)在n(k):t(z—a)(k)kRP龟闭一致收敛铮Vp:D印谊,级数(1.1)在豆,(后):I(彳一口)(.|})I≤p上一致收敛(注:因B(而)的边界G:(z一口)(k)=Reis(D≤p≤2仃)即(实形式)(戈一吸)2+后2(广q)2胡2为一A"椭NN,称B(k)为一个椭圆域)。
辣牛肉米粉定理1.3设D是由(逐段)光滑曲线c所围成的有界区域。若(1况(z)在区域D内K一解析;(2)EL(z)在D内闭一致收敛积z),且叭z)=Yfo(z)(V名∈D)。则(1狐彳)在区域D内K一解析;(2圹州(z)=∥川n(z)(zED,P=1,2,…)(1.2);(3)级数(1.2)在区域D内闭一致收敛拶川(彳)。
1.2K一幂级数的解析性定义1.3形如∑C。(彳一口)”(||})=CD+C。(z一口)(
后)+…+C。(z一口)“(后)+…(1.3)
或(形式更简单).YcS(k)=co+c:(/,)+c声2(.|})+…+c∥(后)+…(1.4)
的级数称为K一幂级数,简称幂级数。其中cD,c。,c:,…,o为复常数。为了方便,有时把级数(1.3)(1.4)分别简记
为YCo(z—n)“(后),Zc.F(k)。
1.2.1幂级数的敛散性区域定理1.4若级数(1.3)缸,(彳,≠口)处收敛,则它必在椭圆域B(后):i(z—o)(J|})I<I(z,-口)(.|})l内绝对且内闭一致收敛(由定理1.2可得定理1.4的真实性,用其反证易得如下推论)。
推论1.1若级数(1.3)在某点乞‰≠口)发散,则它在以倒心并通池:的椭圆周G:I(z-a)(k)I=I(2:川)(后)汐卜部发散。
若级数(1.3)既有收敛点名。≠n,又有发散点z:,则必存在R∈R。,使级数(1.3)在G:I(z-a)(k)I=R内绝对收敛,在G:I(z一口)(后)I胡外发散。此时称尼为幂级数(1.3)的收敛K-半径,I(石咱)(Ji})I<R和I(z—o)(七)J胡分别为幂
级数(1.3)的收敛椭圆域和收敛椭圆周。并规定当级数(1.3)仅缸=摭收敛时,尺=D;Vz∈C,级数(1.3)都收敛时,R=+zo。
K一半径的求法‘¨3:定理1.5若∑C.(z-a)“(七)的系数合于limIq+以J4(达朗贝尔)或limV贬1一爿(柯西),则(1)当Z≠0,Z≠∞时,R=I//;(2)当/=+oo时,尺=0;(3)当1=0时,R=+oo。四季课文一年级
下面只对柯西形的情况的真实性进行讨论,达朗贝尔形的类似:由条件对于Vz∈C有,=liraylC.(z-a)"(k)1:lim河l(z-a)(||})㈨(彳一口)(I|})l。当,-z=o时,V彳∈c,n>n。时,VIq(z一口)“(J|})I≤q<l,由柯西
判别法,幂级数(1.3)绝对收敛,收敛K一半径尺=+∞;当f-+∞时,Vz#a,存在“>J『,n>n。时,IC。(彳一口)“(I|})I>a“>1,幂级数(1.3)不收敛,而它只在三=口收敛,收敛K一半径尺=D;当D<Z<+∞时,n>n。时,只要ll(z—o)(_j})I<l,IiPl(z—a)(k)I<1//,也就是1<1,幂级数(1.3)绝对收敛,而I(z一口)(后)l>l/z,,>1,幂级数(1.3)不收敛。收敛K一半径R=I/I。1.2.2K一幂级数的解析性定理1.6(1)幂级数的和函数八z)=∑c(z一Ⅱ)“(五)在收敛椭圆域B(k):i(z—o)(五)I<R(蝴≤+∞)内K一解析;(2)在B
(J})内,级数(1.3)可以逐项求K一导数至任意阶,即∥川(z)=p,q+(p+1)p…2q+,(z~o)(.|})+…+n(n+1)…(凡_P十1)C。(z一口)唧(后)+…(p=1,2…)(1.5)
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蔚第64期自然科学穴理学院学报
且级数(1.5)与级数(1.1)有相同的收敛K一半径;(3)Cp一“a)/p,(p=l,2,…)。
用定理1.3、定理1.4、定理1.5可证定理1.6的真实性。
2K一解析函数的幂级数展开式
2.1K一解析函数的幂级数展开式定理2.1设八z)在区域D内K一解析,且B(k):I(z一口)(纠I<RCD,则八z)=∑C如吨九七)'(:∈曰(七))(2.1),其中c。=去h百芝舅丽髫(毛)=£≯(2.2)(,p:l(z-a)(k)l---p,Vp:O<p她,、
n=0,1,…)且展开式唯一。(2.1)称为八彳)在点a的K一幂级数展开式。
=去h芒‰蛳骊f∈巩I篙等I—I泌烈帅姐芒‰=而‰=器证:Vz∈B(k),必存在一个椭圆周C:I(卜n)(尼)I甲(Vp:Ogo<R),傲在其内部。由K一积分公式…鳅三)
。i忑二西妄南=奄受簧万主[苦三簧筹],因上级数在c上关于f是一致收敛的级数。由定理1.1得州=去k器珊)=扣∥㈩‘去ff篙‰矾)[1]=丕掣n∽∥㈤=弛训‰)其帕掣=去h芒%蛳),(栅㈡2…)
下证唯一性以彳)∑c7。z-a)“(后),(彳∈B(后)),由定理1.6(2)得c’。新:;(Ⅱ胁,=q,(n=0,1,2,…o
显然(2.1)的右边级数的收敛K一半径不小于R,它的最大值如何,可由和函八z)在其收敛椭圆周上的性质来确定。
定理2.2若∑c。(z一口)“(矗)的收敛K一半径R>O,且和函姒孑)=∑c。(z一口)“(后),z∈B(k):I(z一口)(||})I<R,则
.尺三)在c。:I(z一口)(忌)I=R上至少有一个奇点。
证:假设B(k)内存在函数及z),使兀z)-----f(z)(彳∈B(k)),且其在B(k)的边界G上处K一解析。此时Q上每一点都为某圆0的中心,而F(z)在圆0是K一解析的。
由有限覆盖定理,在这些圆0中可选取有限个圆将C。覆盖,设有限个圆构成的区域为G,CR到G的边界的距离为p0。于是只z)在比曰(J|})较大的同心椭圆域B’(后):i(z一口)(后)I<Rw内K一解析。于是以z)在B7(后)内可展成K一幂级数。因只z)=-y(z)(zEB(k)),从而只z)=∑q(z—D)“(后)甙z),而F(z)的收敛K一半径不小于月巾(>尺),这与题设矛盾。
进而得确定展开式收敛K一半径R的方法:命题设,(:)在点提K一解析,6是八彳)的奇点中距。最近的一个奇点,则八彳)在点a的幂级数展开式的收敛K一半径R=I(b-a)(k)I。
综合定理I.60)与定理2.1得K一解析函数的一个等价描述。
定理2.欢z)在区域D内K一解析车瓠z)在D内任一点诃展成z一口)(南)的幂级数。
2.2几个常用初等K一解析函数的展开式由定理2.1及级数的相关性质易得如下几个初等K一解析函数…
的幂级数展开式。
h“¨=至≯班2-si枷)=曼n=0揣础广.3.c。姗)=墨器础)h;(在l ̄3札I<+比4.以1+z(.j}))的主值支如(1忆(后)):量土量L彳“(.|}),ln,(1忆(.
|})):217r“至生尘Lz4(后),(k(后)k1,lEz);5.(1忆(||}))8
总第64期张建元.强鞍敷,刘承萍。等K一解析函敬的■级数展开式第8誊:l+az(后)+旦!号亏L∑z2(k)+…+!墨!二12二掣z4(后)+…,(tz(k)l<1)。
在以上5个幂级数展开式中,我们只对1、4的真实性进行讨论,其余的类似。由初等K一解析函数的性质㈤知:x,ITVn∈N有(ez‘k))I(‘n})=ez(k)(I(彳(忌)l<+∞);饥(1忆(.|}))怒:(一1)州(n一1),/(1+(彳(JjI))“,(I(彳(后)k1)由定理2.1,展开式中1、4成立。
2.3K一解析函数零点的孤立性及唯一性定义2.1(1)设尺彳)在K一解析区域D内一点n的值为零,则称口为只z)的一个K一篇析零点;(2)设K一解析函粼z)≠D,(z∈D).口∈D,若jm∈N,使酬口)矿(。)(n)=…彰了¨(口)=D且尤m,J(o)≠o。则称口颛z)的m阶零点,m称为零点口的阶。
定理2.4K一解析函数八z)以。为m阶零点车砜三)=(z—o)”。(后)妒(z),其中妒(彳)在点n的邻域K一解析且9(口)≠0(由定理2.3与定义2.1可得其真实性,进一步有零点孤立性)。
定理2.5若“z)≠D在I(z-a)(/£)I姐内K一解析以口)=D,则必有a的某个邻域以z)在其中无异于口的零。
人才激励机制证:设口瓤孑)的m阶零点,由定理2.4有以z)=(z吨)“‘(五)妒(彳)而妒(2)在I(z一口)(后)I<R内K一解析。妒(口)≠D,于是了B(a,r)(后):I(z一Ⅱ)(_|})I<r,(r<R)使在其中妒(z)≠D,故八z)在其中无异于a的零点。
推论2.1设(1f(z)在口(尼):I(z一口)(矗)I<尺内K一解析;(2)在B(k)内郁z)的一零。4YO[Znl,(Zn≠口)收敛于o,贝帜z)在B(k)内必恒为零。中秋月圆
推论2.2设_f:(z)∈“D(k))(扛1、2),D内有一个收敛于a∈D的点列/驯,(Zn#a),在其上^(彳)锹(z)等值,贝眠(z)锨(z)在D内恒等。
注:①用定理2.5可得推论2.1~2.2的真实性,此两个推论称为K一解析函数的唯一性定理;②推论中的D内点列可换flJD内某一子区域或子弧或实轴(当D-C时)结论仍成立。
2.4最大模原理引理2.1若函数八z)在B(后):I(f吆。)(七)I姐内解析。在I(f吃。)(丘)I≤R上连续,贝岍彳。)=
(2仃)。1舻以zo.氓eio(矗。1))棚最叭z)在中一bz。的值等于它在椭圆周上的值
的算术平值。
证:CR:I(f--Z0)(后)I-R,f(||})-zo(k)=Rei9即净。+Re“(k一)(D≤p≤27r)2,髫(忌)=iRe乞9。由K一积分公式,参变量代换公式…鳅zo)=去k岽斋蟛(班去聊z。砒‰’)枷。
引理2.2颧。)在区域D内K一解析,下列条件等价:(1)在DPqf(z)-c(c为常数);(2)在D内厂(。)(:)兰o;(3职三)I在D内为常数;(4)冗砜z)或I呱z)在D内为常数。
证:设厂(彳)=“(名,y)+iv(x,Y),其中比(菇,),)=R积z)v(x,,,)=I积z)。
1)证“(1)d2)”(1)号(2)以彳)毫c显黜(^)(z)-O(z∈D),下证(2)j(1):I{tC-R-K条件‘23矿(。)(彳)=叱+劫。=v/k-iu/k=O得ux=Uy=V。铆,=D。由数学分析知Ⅱ(石,y),移(石,),)在D内为常数,故在D蝴三)-C,即(2)j(1)。
2)证“(1)d3)”:z∈D时以z);cj抓z)l三r(r≥o为实常数)显然成立,即有(1)
号(3)。下证(3)j(1):因贝彳)I‘=Ⅱ2抑2=c2,若j,(z)I_o显拟彳):D(z∈D).若c≠D,即f仰2=c2≠D。瞅z)在D内K一解析,上式两边分别对x,磁分:
v2uu+2vvall,+t。Vtt旭方程绡有解.驴~
,。一o,,芦把R麟件得方程组.{u篆彤刊:tb
。=o,,=o.由c—R—K条件得方程组:{5,’,、因K…“l=n‘切=c≠o,方程组有解:“,=H,
l。x=UI尼秽u
=o』=坠屹=luy=Yx部,=o故八z)三c(彳eD)。
3)证“(1)d4)”:显然(1)号(4)。下证(4)等(1):区tu(x,),)兰M。(或v(x,y)兰影。)(z∈D),由C—R—K条件:得叱一,刮,刮,"-0,姒z)兰c(z∈D)。
总第64期自然科掌大理学院学报
定理2.6(最大模原理)设函数反:)在区域D内K一解析,则抓z)I在D内任何点都不能达到最大值。除非D内
“z)兰C。
证由条件了M>O,贝石)I≤肘,(z∈D),假设了二。∈D有抓乃)l划,任作jB(%,R)(J|})CD,边界G:(z吆。)(||})=尺P/a(o≤p≤27r),由引理2.】抓%):(27r)-1肌彳o+Re“(k_1))瑚即M:抓%)l≤(27r)-1伊』,(三。+尺e/B(后一))laO。而抓z0+
Rei8(k-1))I≤肘则必有抓z。+Rei8(Ij}一))I-M(o≤口≤2仃)(反证法)。由尺的任意性得以z)在日(Z"0R)(J|})cD内恒有j,(z)l三M。由引理2及唯一性定理鳅z)-c(c为常数),故厂(z)在D内为常数。
推论2.3若(1狄z)在有界区域D内K一解析,在历=D+加上连续;(2m>D,妖z)l≤M,(z∈历),则刚z)为常数外,以z)tot,(z∈D)。
证明:假设满足条件的函数八名)-≠C(z∈D,C为常数)且存桠。∈D使以彳。)I.肘,但由定理2.6妖%)I≠肘,形成矛盾。故J八彳)I<M,(:∈D
3结束语
在前面1至2部分,我们对K一解析函数的幂级数展开式及其零点的孤立性与唯一性定理、最大模原理进行了研究,因k=±1时,K一解析函数c3分别为解析函数(6)与共轭解析函数i7-s)。
即解析与共轭解析函数都是K一解析函数的特殊情况。因此以上所得结论包含了解析函数与共轭解析函数中的相应结论。
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(责任编辑蒋康)
车轮为什么是圆的K-解析函数的幂级数展开式
作者:张建元, 张毅敏, 刘承萍, 姜锐武, Zhang Jianyuan, Zhang Yimin, Liu Chengping , Jiang Ruiwu
作者单位:昭通师范高等专科学校数学系,云南昭通,657000
刊名:
大理学院学报
英文刊名:JOURNAL OF DALI UNIVERSITY
年,卷(期):2009,8(4)
被引用次数:0次
1.张建元复变函数的K-积分[期刊论文]-云南师范大学学报(自然科学版) 2009(01)
2.张建元K-解析函数及其存在的条件[期刊论文]-云南民族大学学报(自然科学版) 2007(04)
3.郑建华复分析 2000
4.马库雪维奇.阎昌龄.吴望一解析函数论教程 1992
5.陈方权.蒋绍惠解析函数论基础 1987
6.钟玉泉复变函数论 2004
7.王见定半解析函数,共轭解析函数 1988
8.张建元共轭解析函数的Riemann边值问题 1996(03)
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