复分析理论---如何形象理解平均值公式和最大模原理

2019-04-13 11:59发布

导语

emmm这次讨论的话题如题,哎向其上次的作业怎么都还没写完,不管啦反正作业什么的都是浮云~

平均值定理(解析函数版)

要说这个定理呢,其实有的书上也叫他平均值公式,也有叫它平均值性质,Whatever,我们这里就叫他平均值定理好了。 并且还有两个不同版本的平均值定理(但他们其实说的都是同一件事),然后这里我们介绍的以解析函数来介绍平均值定理。 我们先给出书上的原始定义,然后再把数学语言转化为通俗易懂的话或者是图像:
f(z)|ζz0|<R内解析,在|ζz0|R上连续,则
f(z0)=12π2π0f(z0+Reiφ)dφ
如果你是第一次看见这个公式的话,哎有爆粗的冲动也是可以理解,接下来我们开始对这个后面的结论进行分析。
  • 首先是f(z0)我们应该如何理解?
    对于其中的z0我们是可以理解为一个(x,y)的,因为z0=x+iy嘛。那么f这个东西相当于输入了一个(x,,y)然后返回了一个(x,y)[因为返回出来的东西也可能是一个复数],但是为了理解更形象,我们假设,f(z0)是可以被画到一个叫做f的坐标上的。
为什么要这样假设呢?因为这样一来,我们就建立了一个酱紫的标架(暂且忽略掉图中的曲线): (需要插图) 那么,我们继续来看公式右边的函数f中的z0+Reiφ,这又是个啥? 在积分符号中φ的取值时从0到2π的,所以这个其实表示的是以z0为圆心,以R为半径的一个圆周上的所有点。 该函数将这些点从我们的xy平面映射到f轴上去(再次说明其实f轴也是复数的,即也是一个复平面,这里是为了简化。。。) 好的,那么如果大家能够接受我个人做的这个不成熟的假设的话,那么应该能够理解为什么会有刚才那张图了吧。即不同位置的圆周上的点对应不同高度的f坐标: 然后将这些高度进行积分之后得到的即为侧面的面积,除以2π得到的东西就是平均每单位弧长所对应的面积,并认为这个面积就是该圆心z0所对应的函数值f(z0) 所以说,其实,还不算太抽象吧,这就是平均值公式。

最大模原理

就是对于在区域D解析的函数f来说,除非f是常数,否则f的最值不可能在区域D的内部取到。 为啥呢,因为你想,假设有一个z0在区域D的内部取到了最大值,我们知道解析函数是满足平均值原理的呀,现在我们在z0的周围找到一个圆周(这个圆周当然得属于D),那么我们就会发现这个时候就可以通过这个圆周上面的值来计算f(z0)了,但是我们不要忘记f(z0)是这圆周的高度的算术平均,所以说圆周上的最大值一定会大于f(z0),而圆周上的最小值一定会小于f(z0),所以f(z0)绝对不可能是最值。就产生矛盾了,所以说就有了最大模原理。