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最大模原理

鎖定
複分析中,最大模原理説明如果單變量複變函數 f 是一個全純函數,那麼它的|f| 的局部最大值不可能在其定義域內部取到。 [1] 
中文名
最大模原理
外文名
maximum modulus principle
原    理
不恆為常數的函數達不到最大值
例    外
常數函數
應用學科
數學
應用領域
複分析

最大模原理定義

在複分析中,最大模原理説明如果單變量複變函數f是一個全純函數,那麼它的的局部最大值不可能在其定義域的內部取到。 [1] 
換句話來説,全純函數f要麼是常數函數,要麼對於任意的在其定義域之內的z0,都存在一個足夠靠近它的點z,使得f在後者上的取值的模 |f(z)| 比 |f(z)0| 更大。

最大模原理正規定義

f為在複平面C的某個連通開子集D上定義的單復變全純函數。如果z0D中一點,使得對它任意鄰域上的其它的點z都有
,那麼函數f是在D上的常數函數。 [1] 

最大模原理證明概要

首先注意到等式: [2] 
  • logf(z) = log |f(z)| + i argf(z)
於是,對於復變量自然對數, log |f(z)| 是一個調和函數。 由於z0是這個函數的一個局部極大值,根據極大值定理,|f(z)| 在定義域上是常數。因此,運用柯西-黎曼方程可以得到:f'(z)=0。於是可以推出f(z) 是一個常數函數。
通過取倒數,可以得到對應的最小模原理。後者聲稱如果f在一個有界區域D內是全純函數,並在其邊界上連續,且在所有點上非零,那麼函數 |f(z)| 的最小值只會在D的邊界上取到。
同時,最大模原理可以被看作是所謂的開映射定理的一個特例。開映射定理聲稱,一個全純函數必然將開集映射到開集。如果 |f| 在定義域內部一點a達到極大值,那麼a的一個足夠小的領域在f映射下的像集必然不是開集。於是,f必然是常數函數。

最大模原理應用

最大模原理在複分析的許多領域中都有着應用,可以產生很多重要的結果,比如:
  • 用於證明代數基本定理:使用最大模原理的證明是一個基本的複分析的證明,可以在很多複分析教材中看到。
  • 用於證明施瓦茨引理,一個在複分析中有廣泛引應用並可以推出很多結果的定理。
  • 其推廣是弗拉格門-林德洛夫原理,將結果擴展到定義域無界的函數。
參考資料
  • 1.    鄭建華. 複分析[M]. 淸華大學出版社, 2000.
  • 2.    張慶, 韓永麗. 最大模原理的幾種證明方法[J]. 唐山師範學院學報, 2008, 30(2): 33-35.