Комплексна анализа

Графикон во боја на функцијата f(z) = (z² − 1)(z + 2 − i)² / (z² + 2 - 2i) .
Нијансите претставуваат аргументи, а осветленоста магнитуди.

Комплексна анализа, традиционално позната како теорија на функции со комплексна променлива — гранка на математиката што ги проучува функциите на комплексните броеви. Комплексната анализа е многу корисна во многу гранки на математиката, вклучувајќи ја теоријата на броевите и применетата математика.

Комплексната анализа посебно се сосредочува на аналитичките функции на комплексните променливи, кои обично се поделени во две главни класи: холоморфни функции и мероморфни функции. Бидејќи раздвојливите реални и имагинарни делови на која било аналитичка функција мора да ја задоволат Лапласовата равенка, комплексната анализа е широко применлива за дводимензионални проблеми во физиката.

Комплексни функции

Комплексна функција е функција во која и независно променлива и зависно променлива се комплексни броеви. Попрецизно, комплексна функција е функција која пресликува домен, што е подмножество од комплексната рамнина, исто така во подмножество од комплексната рамнина.

Кај секоја комплексна функција, и независно променливата и зависно променливата може да се поделат на реален и имагинарен дел:

$z=x+iy\,$ и

$w=f(z)=u(z)+iv(z)\,$

каде $x,y\in \mathbb {R} \,$ и $u(z),v(z)\,$ се реални функции.

Со други зборови, компонентите на функцијата,

$u=u(x,y)\,$ и

$v=v(x,y),\,$

може да се толкуваат како реални функции на две променливи, x и y.

Основните поими на комплексната анализа често се воведуваат со проширување на елементарните реални функции (експоненти, логаритми и тригонометриски функции) во комплексниот домен.

Изводи и Коши-Римановите равенки

Како и во реалната анализа, мазната комплексна функција може да има извод во една точка од нејзиниот домен Ω. Всушност, дефиницијата за извод

$f^{\prime }(z)={\frac {dw}{dz}}=\lim _{h\to 0}{\frac {f(z+h)-f(z)}{h}}\,$

е аналогна на онаа во реалната анализа, со една многу важна разлика. Во реалната анализа, на лимесот може да му се пристапи само по еднодимензионална права. Во комплексната анализа, на лимесот може да му се пристапи од која било насока долж дводимензионалната комплексна рамнина.

Ако овој лимес, извод, постои во секоја точка од Ω, тогаш се вели дека функцијата е диференцијабилна на Ω. Може да се покаже дека секоја диференцијабилна функција е аналитичка. Ова е многу помоќен резултат отколку кај аналогната теорема што може да се докаже за реални функции. Во реалната анализа, можеме да конструираме функција која има прв извод на целиот домен, но чиј втор извод не постои во една или повеќе точки од доменот. Меѓутоа, во комплексната рамнина, ако функцијата е диференцијабилна во некоја околина, таа мора да биде бесконечно диференцијабилна во таа околина.

Со примена на методите на векторска анализа за пресметување на парцијалните изводи на две реални функции и во кои функцијата може да се разложи, и со разгледување на двете патеки што водат до точка од Ω, може да се покаже дека изводот постои ако и само ако:

$f^{\prime }(z)={\frac {\partial u}{\partial x}}+i{\frac {\partial v}{\partial x}}={\frac {\partial v}{\partial y}}-i{\frac {\partial u}{\partial y}}.\,$

Пресметувајќи ги реалните и имагинарните делови на овие два израза, ја добиваме традиционалната формулација на Коши-Римановите равенки:

${\frac {\partial u}{\partial x}}={\frac {\partial v}{\partial y}}\qquad {\frac {\partial u}{\partial y}}=-{\frac {\partial v}{\partial x}}\,$ или запишано на друг начин, $u_{x}=v_{y}\qquad u_{y}=-v_{x}.\,$

Со диференцирање на овој систем од две парцијални диференцијални равенки, прво во однос на x, а потоа во однос на y, лесно може да се покаже дека:

${\frac {\partial ^{2}u}{\partial x^{2}}}+{\frac {\partial ^{2}u}{\partial y^{2}}}=0\qquad {\frac {\partial ^{2}v}{\partial x^{2}}}+{\frac {\partial ^{2}v}{\partial y^{2}}}=0\,$ или запишано на друг начин, $u_{xx}+u_{yy}=v_{xx}+v_{yy}=0.\,$

Со други зборови, реалните и имагинарните делови од диференцијабилната функција од комплексна променлива се хармонични функции бидејќи ја задоволуваат Лапласовата равенка.

Холоморфни функции

Холоморфните функции се комплексни функции дефинирани на отворено подмножество од комплексната рамнина кои се диференцијабилни. Комплексната диференцијабилност има многу посилни последици од обичната (реална) диференцијабилност. На пример, холоморфните функции се бесконечно диференцијабилни, што не важи за реално диференцијабилните функции. Повеќето елементарни функции, вклучувајќи ја експоненцијалната функција, тригонометриските функции и сите полиномни функции, се холоморфни.

Литература

• Pólya, George; Szegő, Gábor (1978). Problems and theorems in analysis I. Springer. ISBN 3-540-63640-4.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Ahlfors, L., Complex Analysis, 3 ed. (McGraw-Hill, 1979).
• Stephen D. Fisher, Complex Variables, 2 ed. (Dover, 1999).
• Carathéodory, C., Theory of Functions of a Complex Variable (Chelsea, New York). [2 volumes.]
• Henrici, P., Applied and Computational Complex Analysis (Wiley). [Three volumes: 1974, 1977, 1986.]
• Kreyszig, E., Advanced Engineering Mathematics, 10 ed., Ch. 13–18 (Wiley, 2011).
• Markushevich, A.I.,Theory of Functions of a Complex Variable (Prentice-Hall, 1965). [Three volumes.]
• Jerrold E. Marsden & Hoffman, Basic Complex Analysis. 3 ed. (Freeman, 1999).
• Needham, T., Visual Complex Analysis (Oxford, 1997).
• Rudin, W., Real and Complex Analysis, 3 ed. (McGraw-Hill, 1986).
• Shaw, W.T., Complex Analysis with Mathematica (Cambridge, 2006).
• Spiegel, Murray R. Theory and Problems of Complex Variables – with an introduction to Conformal Mapping and its applications (McGraw-Hill, 1964).
• Stein & Shakarchi, Complex Analysis (Princeton, 2003).
• Ablowitz & Fokas, Complex Variables: Introduction and Applications (Cambridge, 2003).
• Blakey, Joseph (1958). University Mathematics (2nd. изд.). London: Blackie and Sons. OCLC 2370110.CS1-одржување: ref=harv (link)
• McKeague, Charles P. (2011). Elementary Algebra. Brooks/Cole. стр. 524. ISBN 978-0-8400-6421-9.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Aufmann, Richard N.; Barker, Vernon C.; Nation, Richard D. (2007). „Chapter P“. College Algebra and Trigonometry (6. изд.). Cengage Learning. стр. 66. ISBN 978-0-618-82515-8.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Ahlfors, Lars (1979). Complex analysis (3rd. изд.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-000657-7.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Conway, John B. (1986). Functions of One Complex Variable I. Springer. ISBN 978-0-387-90328-6.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Joshi, Kapil D. (1989). Foundations of Discrete Mathematics. New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-21152-6.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Pedoe, Dan (1988). Geometry: A comprehensive course. Dover. ISBN 978-0-486-65812-4.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Press, WH; Teukolsky, SA; Vetterling, WT; Flannery, BP (2007). „Section 5.5 Complex Arithmetic“. Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing (3rd. изд.). New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-88068-8. Архивирано од изворникот на 13. 03. 2020. Посетено на 27. 06. 2023. CS1-одржување: ref=harv (link)
• Solomentsev, E.D. (2001), „Complex number“, Во Хацевинкел, Михил (уред.), Математичка енциклопедија, Шпрингер, ISBN 978-1556080104
• Burton, David M. (1995). The History of Mathematics (3rd. изд.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-009465-9.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Katz, Victor J. (2004). A History of Mathematics, Brief Version. Addison-Wesley. ISBN 978-0-321-16193-2.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Nahin, Paul J. (1998). An Imaginary Tale: The Story of $\scriptstyle {\sqrt {-1}}$. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-02795-1.CS1-одржување: ref=harv (link)
• H.D. Ebbinghaus; Hermes, H.; Hirzebruch, F.; Koecher, M.; Mainzer, K.; Neukirch, J.; Prestel, A.; Remmert, R. (1991). Numbers (hardcover. изд.). Springer. ISBN 978-0-387-97497-2.CS1-одржување: ref=harv (link)
• The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe, by Roger Penrose; Alfred A. Knopf. Комплексна анализа Chapters 4–7 in particular deal extensively (and enthusiastically) with complex numbers.
• Unknown Quantity: A Real and Imaginary History of Algebra, by John Derbyshire; Joseph Henry Press. Комплексна анализа (hardcover 2006). A very readable history with emphasis on solving polynomial equations and the structures of modern algebra.
• Visual Complex Analysis, by Tristan Needham; Clarendon Press. Комплексна анализа (hardcover, 1997). History of complex numbers and complex analysis with compelling and useful visual interpretations.
• Conway, John B. (1978). Functions of One Complex Variable I. (Graduate Texts in Mathematics), Springer; 2 edition (12 September 2005). ISBN 978-0-387-90328-6.CS1-одржување: ref=harv (link)
• d'Alembert, Jean (1752). Essai d'une nouvelle théorie de la résistance des fluides. Paris: David l'aîné. Reprint 2018 by Hachette Livre-BNF ISBN 978-2012542839.
• Chanson, H. (2007). „Le Potentiel de Vitesse pour les Ecoulements de Fluides Réels: la Contribution de Joseph-Louis Lagrange“ [Velocity Potential in Real Fluid Flows: Joseph-Louis Lagrange's Contribution]. Journal la Houille Blanche. 93 (5): 127–131. doi:10.1051/lhb:2007072. ISSN 0018-6368. S2CID 110258050.
• Kobayashi, Shoshichi; Nomizu, Katsumi (1969). Foundations of differential geometry, volume 2. Wiley. Proposition IX.2.2.
• Dieudonné, Jean Alexandre (1969). Foundations of modern analysis. Academic Press. §9.10, Ex. 1.
• Iwaniec, T.; Martin, G. (2001). Geometric function theory and non-linear analysis. Oxford. стр. 32.
• Gray, J. D.; Morris, S. A. (April 1978). „When is a Function that Satisfies the Cauchy–Riemann Equations Analytic?“. The American Mathematical Monthly. 85 (4): 246–256. doi:10.2307/2321164. JSTOR 2321164.
• Looman, H. (1923). „Über die Cauchy–Riemannschen Differentialgleichungen“. Göttinger Nachrichten (германски): 97–108.
• Rudin, Walter (1966). Real and complex analysis (3rd. изд.). McGraw Hill (објав. 1987). ISBN 0-07-054234-1.
• Ahlfors, Lars (1953). Complex analysis (3rd. изд.). McGraw Hill (објав. 1979). ISBN 0-07-000657-1.
• Solomentsev, E.D. (2001), „Cauchy–Riemann conditions“, Во Хацевинкел, Михил (уред.), Математичка енциклопедија, Шпрингер, ISBN 978-1556080104
• Stewart, Ian; Tall, David (1983). Complex Analysis (1st. изд.). CUP (објав. 1984). ISBN 0-521-28763-4.

Надворешни врски

• Комплексна анализа на Ризницата ^?
• Wolfram Research's MathWorld Complex Analysis Page
• Хацевинкел, Михил, уред. (2001), „Analytic function“, Математичка енциклопедија, Шпрингер, ISBN 978-1556080104