Аналітична функція

Визначення і загальна характеристика

АНАЛІТИ́ЧНА ФУ́НКЦІЯ — функція, що ви­значена в деякій області і в околі кожної її точки роз­кладається в збіжний степеневий ряд. Нехай в області D комплекс. площини C за­дана (одно­значна) функція f: D → C. Ця функція називається аналітичною в точці a ∈ D, якщо в деякому околі цієї точки вона зображається у ви­гляді: f(z)=c₀+c₁(z–a)+...+c_n(z–a)ⁿ+... з коефіцієнтами c₀, c₁,…, що не залежать від z. Функція f називається аналітичною в D, якщо вона аналітична в кожній точці області D. Функція f називається диференці­йовною (в комплекс. сенсі) в точці a ∈ D, якщо існує скінчена границя lim_z→a(f (z)–f(a))/(z–a), яка по­значається через fʼ(a) і називається похідною функції f в точці a. Функція f називається диференці­йовною в D, якщо вона диференці­йовна в кожній точці області D. Функція аналітична в області D тоді і тільки тоді, коли вона диференці­йовна в D. Аналітичну в області функцію називають також голоморфною, або регулярною, а термін «А. ф.», на від­міну від двох наведених термінів, використовують також у більш заг. сенсах. Значе­н­ня теорії А. ф. ви­значається тим, що більшість функцій, які ви­вчають у математиці і використовують у фізиці та ін. науках, є аналітичними. Це стосується таких функцій, як поліноміальні, раціональні, тригонометричні, екс­поненціальні, гіперболічні, еліптичні, а також функції, обернені зга­даним (з необхід. уточне­н­ням умов і термінології), і багато ін. класів функцій у від­повід. областях. А. ф. мають низку важл. властивостей. Похідна А. ф. є аналіт. функцією. Тому аналітична в D функція має похідні fʼ, …, f⁽ⁿ⁾, … усіх натурал. порядків і в околі кожної точки a ∈ D зображається рядом:

f(z) = f(a) + fʼ(a)(z –a)/1! + ... ... + f⁽ⁿ⁾(a) (z — a)ⁿ/n! + ... ,

який називається рядом Тейлора функції f в точці a. Комплексну площину C можна ототожнювати з евклідовою площиною R² і роз­глядати область D в R². Нехай z=x+iy,

f(x+iy)=u(x,y)+in(x,y),

де i=√−1 є уявна одиниця, а u, v — дійсні функції дійсних змін­них x, y в області D ∈ R². Якщо функції u, v диференці­йовні в дійсному ро­зумін­ні в D, то для аналітичності f у D необхідно і до­статньо, щоб у D виконувалась сукупність умов:

∂u/∂x = ∂v/∂y, ∂u/∂y = –∂v/∂x,

яка називається рівня­н­нями Коші–Рімана (або ДʼАламбера–Ейлера). Функції u, v є гармоніч. функціями. Якщо в наведених вище означе­н­нях А. ф. комплекс. змін­ної z прийняти, що D є область на дійсній осі R¹, тобто від­критий інтервал I, то ми отримаємо означе­н­ня А. ф. дійсної змін­ної (в точці й у від­критому інтервалі). Цей інтервал I можна роз­глядати на дійсній осі в C, і кожна аналітична в I функція дійсної змін­ної виявляється слідом на I деякої (притому єдиної) А. ф. комплекс. змін­ної, ви­значеної в двовимір. околі інтервалу I. Нехай Г є за­мкнена спрямлювана жор­данова крива, яка разом із охоплюваною нею обмеженою областю G міститься в D. Тоді для кожної точки a ∈ G правильними є спів­від­ноше­н­ня

∫_Гf(z)dz=0,

∫_Гf(z)dz/(z–a)=2πif(a),

перше з яких називається інтегральною теоремою Коші, а друге — інтегральною формулою Коші. Інтеграл. теорема Коші має оберне­н­ня, яке називається теоремою Морери. Для А. ф. правильними є теореми єдиності (які стверджують, що певні умови ви­значають тільки одну А. ф.) і принцип максимуму модуля (якщо А. ф. не є сталою, то верх­ня границя значень її модуля в області не може досягатись у жодній точці цієї області). У 20 ст. побудовано також теорію голоморфних функцій кількох комплекс. змін­них, яка ві­ді­грає значну роль у математиці та її за­стосува­н­нях. Теорія А. ф. є центр. частиною теорії функції однієї і багатьох комплекс. змін­них, яка в остан­ні роки дедалі частіше по­значається місткішим і енергійнішим терміном «комплексний аналіз». Основи теорії А. ф. комплекс. змін­ної заклали в 19 ст. О. Коші, Б. Ріман, К. Вайєрштрасс.

Літ.: Соколов Ю. Д. Елементи теорії функцій комплексної змін­ної. К., 1954; R. P. Boas, R. C. Buck. Polynomial expansions of analytic functions. Berlin, 1958; Голузин Г. М. Геометрическая теория функций комплексного пере­мен­ного. 2-е изд. Москва, 1966; Маркушевич А. И. Теория аналитических функций. 2-е изд. Т. 1–2. Москва, 1967–68; J. M. Anderson. Muntz Szasz approximation and the angular growth of lacunary integral functions // Transactions of the American Mathematical Society. 1972. Vol. 69, № 7; Лаврентьев М. А., Шабат Б. В. Методы теории функций комплексного пере­мен­ного. 4-е изд. Москва, 1973; Ибрагимов И. И. Из­бран­ные во­просы теории аналитических функций. Баку, 1984; Трохимчук Ю. Ю. Устранимые особен­ности аналитических функций. К., 1992; Скаскив О. Б. О росте в полуполосах аналитических функций, пред­ставлен­ных рядами Дирхле // УМЖ. 1993. Т. 45, № 5; Вин­ницкий Б. В. О нулях функций, аналитических в полуплоскости, и полноте систем экспонент // Там само. 1994. Т. 46, № 5.

П. М. Тамразов

Завантажити статтю