單連通區域

單連通區域

數學學科術語
設D是一區域,若屬于D内任一簡單閉曲線的内部都屬于D,則稱D為單連通區域,單連通區域也可以這樣描述:D内任一封閉曲線所圍成的區域内隻含有D中的點。更通俗地說,不帶“洞”的區域是單連通區域。[1]
  • 中文名:單連通區域
  • 外文名:simply connected domain
  • 所屬學科:數學
  • 特 點:沒有“洞”的區域
  • 相關概念:簡單閉曲線、圍線、多連通區域等
  • 類 型:數學學科術語

基礎知識

先介紹平面曲線的有關概念。

定義1 設平面曲線 ,其中 是實的連續函數,那麼曲線C就稱為連續曲線, 分别稱為C的起點與終點,若在 上, 都連續且對每一個t,有 ,那麼曲線C稱為光滑曲線。由幾段依次相接的光滑曲線所組成的曲線稱為逐段光滑曲線。對于滿足 的 與 ,當 且 成立時,點 稱為曲線C的重點。沒有重點的連續曲線C稱為簡單曲線或若爾當(Jardan)曲線。若簡單曲線C的起點與終點重合,即 ,那麼曲線C稱為簡單閉曲線。

任意一條簡單閉曲線C把整個複平面唯一地分成三個互不相交的點集,其中除去C以外,一個是有界區域,稱為C的内部,另一個是無界區域,稱為C的外部,C為它們的公共邊界,簡單閉曲線的這一性質,其幾何直觀意義是很清楚的。

定義2 複平面上的一個區域D,如果在其中任作一條簡單閉曲線,而曲線的内部總屬于D,就稱D為單連通區域;一個區域如果不是單連通區域,就稱為多連通區域。

一條簡單閉曲線的内部是單連通區域,單連通區域D具有這樣的特征:屬于D的任何一條簡單閉曲線,在D内可以經過連續的變形而縮成一點,而多連通區域就不具備這個特征。 

一些性質

我們将概述單連通區域的一些性質,這些性質闡明它在全純函數理論中起着重要作用。在這些性質中,(a)和(b)稱為的内拓撲性質;(c)和(d)涉及嵌入s2内的方式;性質(e)到(h)按特征來說是分析性的;(i)是關于環的代數陳述。

定理1 對于一個平面區域,下面九個條件中的每一個蘊涵着其餘的各個條件:

(a)同胚于開單位圓盤U;

(b)是單連通的;

(c)對内每一條閉路徑和對每一個

(d)是連通的;

(e)每一個能用多項式在的緊子集上一緻逼近;

(f)對每一個在内每一條閉路徑

(g)每一個對應一個,使得

(h)如果,則存在一個,使得

(i)如果,則存在一個,使得

定理2 如果,此處為平面内任意開集,且内沒有零點,則内調和。

柯西積分定理

定理3 設在z平面上的單連通區域D内解析,C為D内任意一條圍線,則

推論1 設在單連通區域D内解析,C為D内任意一條閉曲線(C不必為簡單閉曲線),則

證明: 由于閉曲線C總可以看成區域D内有限條周線銜接而成。因此,由複積分的曲線可加性及定理2即可得結論。

推論2 設函數在單連通區域D内解析,則在D内的積分與路徑無關,即對D内任意兩點以及D内任意兩條以為起點,為終點的路徑和,總有

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