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內-外定理


P(z)Q(z) 是復變數 z單變數多項式,且 多項式次數 滿足 PQ 滿足 deg(Q)>=deg(P+2)。則

int_gamma(P(z))/(Q(z))dz=2piisum_(a_i in A)Res_(z=a_i)(P(z))/(Q(z))
(1)
=-2piisum_(b_i in B)Res_(z=b_i)(P(z))/(Q(z)),
(2)

其中 gamma 是一個簡單的閉合順時針方向的輪廓AQgamma 內部的的集合,BQgamma 外部的的集合。

第一個等式是留數定理的一個例項。在黎曼球面上,簡單的閉合輪廓 gamma 將球面分成兩個區域。在變數替換 w=1/z 之後,零點被對映到無窮遠,反之亦然。 gamma 的“內部”在新座標中變成了 gamma 的外部。第二個等式是應用於亞純一形式 alpha=P/Qdz 在座標 w 上的留數定理,帶有一個負號,因為在座標變換後,gamma 沿順時針方向移動。PQ 的度數假設確保 alphaz=infty 處沒有極點

InsideOutsideTheorem

上圖顯示了在黎曼球面上輪廓 gamma亞純一形式 P/Qdz 的極點的兩種不同視角。通常的視角以 z=0 為中心,但從 z=infty 的視角來看,內部和外部的角色被切換了。內部的極點標記為藍色,外部的極點標記為綠色。

該定理也來自在無窮遠處的輪廓積分,即一個大半徑 R 的圓。關於度數的假設表明,這個積分趨於零。因此它實際上必須為零,因為在某個點,圓包含了 P/Q 的所有極點。這是在緊緻 黎曼曲面(在本例中為黎曼球面)上,亞純一形式復留數之和為零這一事實的特殊情況。


另請參閱

復留數, 輪廓, 輪廓積分, 雅可比行列式, 留數定理, 黎曼球面,

此條目的部分內容由 Todd Rowland 貢獻

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請引用為

Rowland, ToddWeisstein, Eric W. “內-外定理。” 來自 —— 資源。 https://mathworld.tw/Inside-OutsideTheorem.html

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