Holomorphie/Kriterien
Einleitung
[Bearbeiten]Holomorphie einer Funktion in einem Punkt ist eine Umgebungseigenschaft von . Dazu gibt es in der komplexen Analysis zahlreiche Kriterien, mit denen man die Holomorphie überprüfen kann. Im Folgenden sei ein Gebiet als Teilmenge der komplexen Ebene und ein Punkt dieser Teilmenge.
Animation - Veranschaulichung der Abbildung
[Bearbeiten]Die Animation zeigt für die Funktion . Für die Animation werden in blauer Farbe und der zugehörige Bildpunkt in roter Farbe dargestellt. Der Punkt und werden dabei in dargestellt. Die -Achse repräsentiert den Imaginärteil einer komplexen Zahl bzw. . Der blaue Punkt bewegt sich auf dem Weg
Komplexe Differenzierbarkeit
[Bearbeiten]Eine Funktion heißt komplex differenzierbar im Punkt , falls der Grenzwert
mit existiert. Man bezeichnet ihn dann als .
Holomorphie
[Bearbeiten]Die Funktion heißt holomorph im Punkt , falls eine Umgebung von existiert, in der komplex differenzierbar ist. Ist auf ganz holomorph, so nennt man holomorph. Ist weiter , so nennt man eine ganze Funktion.
Holomorphiekriterien
[Bearbeiten]Sei eine Funktion Gebiet, dann sind folgende Eigenschaften der komplexwertigen Funktionen äquivalent:
(HK1) 1x komplex differenzierbar
[Bearbeiten]Die Funktion ist einmal komplex differenzierbar auf .
(HK2) beliebig oft komplex differenzierbar
[Bearbeiten]Die Funktion ist beliebig oft komplex differenzierbar auf .
(HK3) Cauchy-Riemannsche Differentialgleichungen
[Bearbeiten]Real- und Imaginärteil erfüllen die Cauchy-Riemannschen Differentialgleichungen und sind zumindest einmal stetig reell-differenzierbar auf .
(HK4) Lokal in Potenzreihen entwickelbar
[Bearbeiten]Die Funktion lässt sich lokal auf in eine komplexe Potenzreihe entwickeln.
(HK5) Wegintegrale 0
[Bearbeiten]Die Funktion ist stetig und das Wegintegral der Funktion über einen beliebigen geschlossenen zusammenziehbaren Weg verschwindet (d.h. Umlaufzahl des Wegintegrals für alle Punkte aus dem Komplement von ist 0).
(HK6) Cauchysche Integralformel
[Bearbeiten]Die Funktionswerte im Inneren einer Kreisscheibe lassen sich aus den Funktionswerten am Rand mit Hilfe der cauchyschen Integralformel ermitteln.
(HK7) Cauchy-Riemann-Operator
[Bearbeiten] ist reell differenzierbar und es gilt
wobei der Cauchy-Riemann-Operator ist, der durch definiert ist.
Aufgaben
[Bearbeiten]- Seinen beliebig gewählt, es gelte . Entwickeln Sie nun den Funktion für in eine Potenzreihe um und zeigen Sie, dass folgende Aussage gilt:
- Berechnen Sie den Konvergenzradius der Potenzreihe! Erläutern Sie, warum der Konvergenzradius in der berechneten Weise von abhängt und nicht größer sein kann!
- Dass aus der einmaligen Differenzierbarkeit der holomorphen Funktion auch folgt, dass unendlich oft differenzierbar ist, gilt in der reellen Analysis nicht. Betrachten Sie die auf ganz definierte Funktion .
- Erläutern Sie, mit welchen zentralen Satz der Funktionaltheorie aus dem Kriterium 1 das Kriterium 2 folgt!