กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

หลักการโมดูลัสสูงสุด

ในทางคณิตศาสตร์หลักการค่าสัมบูรณ์สูงสุดในการวิเคราะห์เชิงซ้อนระบุว่า ถ้าเอฟ{\displaystyle f}ถ้า เป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกค่าสัมบูรณ์จะเป็นดังนี้|เอฟ|{\displaystyle...

หลักการโมดูลัสสูงสุด

กราฟแสดงค่าสัมบูรณ์ของคอส(z){\displaystyle \cos(z)}(สีแดง) สำหรับz{\displaystyle z}ในวงกลมหน่วยที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จุดกำเนิด (แสดงด้วยสีน้ำเงิน) ตามที่ทฤษฎีบททำนายไว้ ค่าสูงสุดของสัมบูรณ์ไม่สามารถอยู่ภายในวงกลมได้ (ดังนั้นค่าสูงสุดบนพื้นผิวสีแดงจึงอยู่บริเวณขอบของวงกลม)

ในทางคณิตศาสตร์หลักการค่าสัมบูรณ์สูงสุดในการวิเคราะห์เชิงซ้อนระบุว่า ถ้าเอฟ{\displaystyle f}ถ้า เป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกค่าสัมบูรณ์จะเป็นดังนี้|เอฟ|{\displaystyle |f|}ไม่สามารถแสดงค่าสูงสุดที่ เข้มงวด ซึ่งอยู่ภายในขอบเขตของเอฟ{\displaystyle f}.

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ อย่างใดอย่างหนึ่งเอฟ{\displaystyle f}เป็นฟังก์ชันคงที่ ในระดับท้องถิ่น หรือ สำหรับจุดใดๆz0{\displaystyle z_{0}}ภายในขอบเขตของเอฟ{\displaystyle f}ยังมีจุดอื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียงกันโดยพลการอีกด้วยz0{\displaystyle z_{0}}ซึ่ง|เอฟ|{\displaystyle |f|}รับค่าที่มากขึ้น

คำแถลงอย่างเป็นทางการ

อนุญาตเอฟ{\displaystyle f}เป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบนเซตย่อยเปิดที่มีขอบเขตและเชื่อมต่อกันดี{\displaystyle D}ของระนาบเชิงซ้อนซี{\displaystyle \mathbb {C} }และการรับค่าที่ซับซ้อน หากz0{\displaystyle z_{0}}เป็นจุดหนึ่งในดี{\displaystyle D}โดยที่

|เอฟ(z0)||เอฟ(z)|{\displaystyle |f(z_{0})|\geq |f(z)|}

สำหรับทุกคนz{\displaystyle z}ในบางละแวกของz0{\displaystyle z_{0}}, แล้วเอฟ{\displaystyle f}คงที่บนดี{\displaystyle D}.

ข้อความนี้สามารถมองได้ว่าเป็นกรณีพิเศษของทฤษฎีบทการแมปแบบเปิดซึ่งกล่าวว่าฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกที่ไม่คงที่แมปเซตเปิดไปยังเซตเปิด: ถ้า|เอฟ|{\displaystyle |f|}บรรลุค่าสูงสุดเฉพาะที่ ณz{\displaystyle z}จากนั้นภาพของย่านเปิดโล่งขนาดเล็กพอสมควรของz{\displaystyle z}ไม่สามารถเปิดได้ ดังนั้นเอฟ{\displaystyle f}มีค่าคงที่

สมมติว่าดี{\displaystyle D}เป็นเซตย่อยแบบเปิดที่เชื่อมต่อกัน มีขอบเขต ไม่ว่างเปล่า และมีขอบเขตจำกัดของซี{\displaystyle \mathbb {C} }. อนุญาตดี¯{\displaystyle {\โอเวอร์ไลน์ {D}}}จะเป็นการปิดตัวลงของดี{\displaystyle D}สมมติว่าเอฟ:ดี¯ซี{\displaystyle f\colon {\overline {D}}\to \mathbb {C} }เป็นฟังก์ชันต่อเนื่องที่เป็นโฮโลมอร์ฟิกบนดี{\displaystyle D}. แล้ว|เอฟ(z)|{\displaystyle |f(z)|}บรรลุค่าสูงสุด ณ จุดใดจุดหนึ่งของขอบเขตของดี{\displaystyle D}.

ซึ่งเป็นผลสืบเนื่องมาจากเวอร์ชันแรกดังต่อไปนี้ เนื่องจากดี¯{\displaystyle {\โอเวอร์ไลน์ {D}}}เป็นเซตกระชับและไม่ว่างเปล่า เป็นฟังก์ชันต่อเนื่อง|เอฟ(z)|{\displaystyle |f(z)|}ถึงจุดสูงสุด ณ จุดใดจุดหนึ่งz0{\displaystyle z_{0}}ของดี¯{\displaystyle {\โอเวอร์ไลน์ {D}}}. ถ้าz0{\displaystyle z_{0}}หากไม่อยู่บนขอบเขต หลักการค่าสัมบูรณ์สูงสุดจะบ่งชี้ว่าเอฟ{\displaystyle f}เป็นค่าคงที่ ดังนั้น|เอฟ(z)|{\displaystyle |f(z)|}นอกจากนี้ ยังมีค่าสูงสุดเท่ากันที่จุดใดๆ บนขอบเขตอีกด้วย

หลักการโมดูลัสขั้นต่ำ

สำหรับฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกเอฟ{\displaystyle f}บนชุดเปิดที่เชื่อมต่อกันดี{\displaystyle D}ของซี{\displaystyle \mathbb {C} }, ถ้าz0{\displaystyle z_{0}}เป็นจุดหนึ่งในดี{\displaystyle D}โดยที่

0<|เอฟ(z0)||เอฟ(z)|{\displaystyle 0<|f(z_{0})|\leq |f(z)|}

สำหรับทุกคนz{\displaystyle z}ในบางละแวกของz0{\displaystyle z_{0}}, แล้วเอฟ{\displaystyle f}คงที่บนดี{\displaystyle D}.

พิสูจน์: ใช้หลักการค่าสัมบูรณ์สูงสุดกับ1/เอฟ{\displaystyle 1/f}.

ภาพร่างหลักฐาน

การใช้หลักการค่าสูงสุดสำหรับฟังก์ชันฮาร์มอนิก

สามารถใช้ความเท่าเทียมกันได้

บันทึกเอฟ(z)=ln|เอฟ(z)|+ฉันอาร์กเอฟ(z){\displaystyle \log f(z)=\ln |f(z)|+i\arg f(z)}

สำหรับลอการิทึมธรรมชาติ เชิงซ้อน เพื่อสรุปว่าln|เอฟ(z)|{\displaystyle \ln |f(z)|}เป็นฟังก์ชันฮาร์มอนิกเนื่องจากz0{\displaystyle z_{0}}เป็นค่าสูงสุดเฉพาะที่สำหรับฟังก์ชันนี้ด้วยเช่นกัน ซึ่งเป็นผลมาจากหลักการค่าสูงสุดที่ว่า |เอฟ(z)|{\displaystyle |f(z)|} มีค่าคงที่ จากนั้น โดยใช้สมการโคชี-รีมันน์เราจะแสดงให้เห็นว่าเอฟ(z){\displaystyle f'(z)}= 0 และด้วยเหตุนี้เอฟ(z){\displaystyle f(z)}มีค่าคงที่เช่นกัน เหตุผลที่คล้ายกันแสดงให้เห็นว่า |เอฟ(z)|{\displaystyle |f(z)|} สามารถมีค่าต่ำสุดเฉพาะที่ (ซึ่งจำเป็นต้องมีค่าเป็น 0) ได้เฉพาะที่จุดศูนย์โดดเดี่ยวของเอฟ(z){\displaystyle f(z)}.

โดยใช้ทฤษฎีค่าเฉลี่ยของเกาส์

อีกวิธีหนึ่งในการพิสูจน์คือการใช้ทฤษฎีค่าเฉลี่ยของเกาส์เพื่อ "บังคับ" ให้จุดทั้งหมดภายในวงกลมเปิดที่ซ้อนทับกันมีค่าเท่ากับค่าสูงสุด โดยวางวงกลมเหล่านั้นให้จุดศูนย์กลางของวงกลมแต่ละวงเรียงตัวเป็นเส้นทางรูปหลายเหลี่ยมจากค่าที่...เอฟ(z){\displaystyle f(z)}ค่าสูงสุดจะมีค่ามากกว่าค่าใดๆ ในโดเมน ในขณะที่ค่าสูงสุดนั้นยังคงอยู่ภายในโดเมน ดังนั้น การมีค่าสูงสุดจึงหมายความว่าค่าทั้งหมดในโดเมนมีค่าเท่ากันเอฟ(z){\displaystyle f(z)}มีค่าคงที่

โดยใช้สูตรอินทิกรัลของโคชี

แหล่งที่มา: [ 1 ]

เช่นดี{\displaystyle D}เปิดอยู่ มีอยู่จริงบี¯(เอ,){\displaystyle {\overline {B}}(a,r)}(ลูกบอลปิดที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่เอดี{\displaystyle a\in D}ด้วยรัศมี>0{\displaystyle r>0}) โดยที่บี¯(เอ,)ดี{\displaystyle {\overline {B}}(a,r)\subset D}จากนั้นเรากำหนดขอบเขตของทรงกลมปิดที่มีทิศทางบวกเป็นγ(ที)=เอ+อีฉันที,ที[0,2π]{\displaystyle \gamma (t)=a+re^{it},t\in [0,2\pi ]}เมื่อใช้สูตรอินทิกรัลของโคชี เราจะได้

002π|เอฟ(เอ)||เอฟ(เอ+อีฉันที)|ที0{\displaystyle 0\leq \int _{0}^{2\pi }|f(a)|-|f(a+re^{it})|\,dt\leq 0}

สำหรับทุกคนที[0,2π]{\displaystyle t\in [0,2\pi ]},|เอฟ(เอ)||เอฟ(เอ+อีฉันที)|0{\displaystyle |f(a)|-|f(a+re^{it})|\geq 0}, ดังนั้น|เอฟ(เอ)|=|เอฟ(เอ+อีฉันที)|{\displaystyle |f(a)|=|f(a+re^{it})|}หลักการนี้ยังใช้ได้กับลูกบอลทุกลูกที่มีรัศมีน้อยกว่า{\displaystyle r}อยู่ตรงกลางที่เอ{\displaystyle a}. ดังนั้น,เอฟ(z)=เอฟ(เอ){\displaystyle f(z)=f(a)}สำหรับทุกคนzบี¯(เอ,){\displaystyle z\in {\overline {B}}(a,r)}.

ทีนี้ลองพิจารณาฟังก์ชันคงที่ดูจี(z)=เอฟ(เอ){\displaystyle g(z)=f(a)}สำหรับทุกคนzดี{\displaystyle z\in D}จากนั้นจึงสามารถสร้างลำดับของจุดที่แตกต่างกันซึ่งตั้งอยู่ในบี¯(เอ,){\displaystyle {\overline {B}}(a,r)}โดยที่ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกจีเอฟ{\displaystyle gf}หายไป ขณะที่บี¯(เอ,){\displaystyle {\overline {B}}(a,r)}เป็นลำดับปิด ลำดับจะลู่เข้าสู่จุดใดจุดหนึ่งในบี¯(เอ,)ดี{\displaystyle {\overline {B}}(a,r)\in D}ซึ่งหมายความว่าเอฟจี{\displaystyle fg}หายไปทุกหนทุกแห่งในดี{\displaystyle D}ซึ่งหมายความว่าเอฟ(z)=เอฟ(เอ){\displaystyle f(z)=f(a)}สำหรับทุกคนzดี{\displaystyle z\in D}.

การตีความทางกายภาพ

การตีความหลักการนี้ในเชิงกายภาพมาจากสมการความร้อนนั่นคือ เนื่องจากบันทึก|เอฟ(z)|{\displaystyle \log |f(z)|}เนื่องจากเป็นฟังก์ชันฮาร์มอนิก จึงถือเป็นสภาวะคงที่ของการไหลของความร้อนในบริเวณนั้นดี{\displaystyle D}สมมติว่าได้บรรลุค่าสูงสุดที่เข้มงวดแล้วภายในดี{\displaystyle D}ความร้อนที่จุดสูงสุดนี้จะกระจายไปยังจุดรอบข้าง ซึ่งขัดแย้งกับสมมติฐานที่ว่านี่คือสภาวะสมดุลของระบบ

แอปพลิเคชัน

หลักการค่าสัมบูรณ์สูงสุดมีประโยชน์หลายอย่างในการวิเคราะห์เชิงซ้อน และสามารถใช้เพื่อพิสูจน์สิ่งต่อไปนี้:

  • ทฤษฎีบทพื้นฐานของพีชคณิต
  • ทฤษฎีบทของ Schwarzซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่มีการสรุปและประยุกต์ใช้ในหลายด้านของการวิเคราะห์เชิงซ้อน
  • หลักการ Phragmén –Lindelöfซึ่งเป็นการขยายไปสู่โดเมนที่ไม่จำกัดขอบเขต
  • ทฤษฎีบทโบเรล-คาราเธโอโดรีซึ่งให้ขอบเขตของฟังก์ชันวิเคราะห์โดยพิจารณาจากส่วนจริงของฟังก์ชันนั้น
  • ทฤษฎีบทสามเส้นของฮาดามาร์ดเป็นผลลัพธ์เกี่ยวกับพฤติกรรมของฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกที่มีขอบเขตบนเส้นตรงที่อยู่ระหว่างเส้นขนานอีกสองเส้นในระนาบเชิงซ้อน

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ หลักการโมดูลัสสูงสุด

ในทางคณิตศาสตร์หลักการค่าสัมบูรณ์สูงสุดในการวิเคราะห์เชิงซ้อนระบุว่า ถ้าเอฟ{\displaystyle f}ถ้า เป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกค่าสัมบูรณ์จะเป็นดังนี้|เอฟ|{\displaystyle...

คำแถลงอย่างเป็นทางการ

อนุญาต เอฟ {\displaystyle f} เป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบน เซตย่อย เปิด ที่มีขอบเขต และ เชื่อมต่อกัน ดี {\displaystyle D} ของ ระนาบเชิงซ้อน ซี {\displaystyle \mathbb {C} } และการรับค่าที่ซับซ้อน หาก z 0 {\displaystyle z_{0}} เป็นจุดหนึ่งใน ดี {\displaystyle D}...

คำแถลงที่เกี่ยวข้อง

สมมติว่า ดี {\displaystyle D} เป็นเซตย่อยแบบเปิดที่เชื่อมต่อกัน มีขอบเขต ไม่ว่างเปล่า และมีขอบเขตจำกัดของ ซี {\displaystyle \mathbb {C} } .

หลักการโมดูลัสขั้นต่ำ

สำหรับฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิก เอฟ {\displaystyle f} บนชุดเปิดที่เชื่อมต่อกัน ดี {\displaystyle D} ของ ซี {\displaystyle \mathbb {C} } , ถ้า z 0 {\displaystyle z_{0}} เป็นจุดหนึ่งใน ดี {\displaystyle D} โดยที่