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定理已证明

柯西积分定理

命题陈述

设 U⊂CU \subset \mathbb{C} 是单连通开区域,f:U→Cf : U \to \mathbb{C} 是全纯函数。则对 UU 内任意分段光滑闭曲线 γ\gamma,其围道积分为零:∮γf(z) dz=0\oint_{\gamma} f(z)\,dz = 0。

为什么成立?

在多变量微积分中,当向量场是保守场——即环路内部没有局部旋度或“漩涡”时,沿闭合环路的线积分为零。复可微是一个极其刚性的条件:柯西–黎曼方程迫使 f(z) dzf(z)\,dz 的实部和虚部同时无旋。只要区域没有可让奇点隐藏并产生环量的孔洞,沿任何闭合路径对 f(z)f(z) 的积分都会完全抵消,两点之间的积分仅取决于端点。

证明思路

柯西1825年的原始方法假设 f′f' 连续,将微分写为 f(z) dz=(u dx−v dy)+i(v dx+u dy)f(z)\,dz = (u\,dx - v\,dy) + i(v\,dx + u\,dy),再应用格林公式,由柯西–黎曼方程 ∂u/∂x=∂v/∂y\partial u/\partial x = \partial v/\partial y 与 ∂u/∂y=−∂v/∂x\partial u/\partial y = -\partial v/\partial x 使二重积分化为零。1900年,爱德华·古尔萨去掉了 f′f' 连续的假设:首先证明沿任意三角形 T⊂UT \subset U 的积分为零,方法是将 TT 四等分为四个子三角形,不断选取积分模最大的一个,并在收缩交点 z0z_0 处利用局部线性近似 f(z)=f(z0)+f′(z0)(z−z0)+o(∣z−z0∣)f(z) = f(z_0) + f'(z_0)(z - z_0) + o(|z - z_0|),证明原积分受周长平方的任意小倍数控制。由三角形情形可在星形区域上构造原函数,进而推广到一般单连通区域。

提出者

证明者

用到此定理的主题

相关定理

分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. Lars V. Ahlfors (1979). Complex Analysis
  2. Reinhold Remmert (1991). Theory of Complex Functions