定理証明済み
コーシーの積分定理
内容
を単連結な開領域とし、 を正則関数とする。このとき 内の任意の区分的に滑らかな閉曲線 に対して、線積分はゼロになる:。
なぜ正しいのか?
多変数微積分では、ベクトル場が保存場——つまりループ内部に局所的な回転(渦)がない場——であるとき、閉曲線に沿う線積分はゼロになる。複素微分可能性は極めて強い条件であり、コーシー・リーマンの方程式によって の実部と虚部は同時に渦なしとなる。特異点が隠れて循環を生み出すような穴が領域にない限り、任意の閉曲線に沿う の積分は完全に打ち消し合い、2点間の積分は始点と終点のみに依存する。
証明の概略
1825年のコーシーによる元の手法では の連続性を仮定し、 と書いてグリーンの定理を適用することで、コーシー・リーマンの方程式 および により二重積分が消えることを示す。1900年にエドゥアール・グルサは の連続性の仮定を取り除いた。まず任意の三角形 の周上の積分がゼロになることを示すため、 を4つの小三角形に分割して積分の絶対値が最大のものを順次選び、収束先の点 での局所線形近似 を用いて、積分が周長の2乗の任意に小さい定数倍で抑えられることを示す。三角形の結果から星型領域上で原始関数を構成し、一般の単連結領域へと拡張する。
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ステップごとの証明
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参考文献
- Lars V. Ahlfors (1979). Complex Analysis
- Reinhold Remmert (1991). Theory of Complex Functions