Свойства
Арифметические свойства
Если и аналитичны в области
Функции , и аналитичны в .
Если в области не обращается в ноль, то будет аналитична в
Если в области не обращается в ноль, то будет аналитична в
Аналитическая функция бесконечно дифференцируема в своей области аналитичности. Обратное в общем случае неверно.
Некоторые свойства аналитических функций близки к свойствам многочленов, что, впрочем, и неудивительно — определение аналитичности в смысле Вейерштрасса свидетельствует о том, что аналитические функции — в некотором роде предельные варианты многочленов. Допустим, согласно основной теореме алгебры любой многочлен может иметь нулей числом не более его степени. Для аналитических функций справедливо аналогичное утверждение, вытекающее из теоремы единственности в альтернативной форме:
Если множество нулей аналитической в односвязной области функции имеет в этой области предельную точку, то функция тождественно равна нулю.
Интегральная теорема Коши
Теорема
Для любой функции , аналитической в некоторой односвязной области и для любой замкнутой кривой справедливо соотношение
Доказательство
Из условия аналитичности (уравнений Коши—Римана) следует, что дифференциальная форма замкнута. Пусть теперь — замкнутый самонепересекающийся кусочно-гладкий контур внутри области определения функции , ограничивающий область . Тогда по теореме Стокса имеем:
Формула Коши
Пусть функция аналитическая в односвязной замкнутой области ( ), с кусочно-гладкой границей , ориентированной в положительном направлении (рис. 142), т. е. против часовой стрелки. Тогда имеет место формула Коши
,
где - любая точка внутри контура .
Таким образом, аналитическую функцию достаточно определить на контуре , а по формуле (1) можно автоматически получить ее значения в других точках .
Для доказательства формулы (1) рассмотрим функцию
. (2)
Опишем около точки окружность (см. рис. 142), ориентированную положительно, достаточно малого радиуса . Функция определена и непрерывна на за исключением точки , в которой ее предел равен производной от в :
.
Рис. 142
Поэтому, если доопределить функцию в при помощи равенства , то она окажется определенной, непрерывной и ограниченной на :
, .
К тому же функция аналитична на множестве, ограниченном контурами и и по теореме 3 § 6.6
.
Но правая часть этого равенства стремится при к нулю:
,
а левая не зависит от . Поэтому
Так как (см. (10) § 6.6)
,
формула Коши доказана.
Формула Коши имеет место и для многосвязной области и доказательство ее может быть сведено к уже доказанной формуле Коши для односвязной области.
На рис. 143 изображена двусвязная область с положительно ориентированной границей , состоящей из двух замкнутых соответственно ориентированных контуров .
Рис. 143
Рис. 144
Пусть - произвольная точка . Соединим контуры и кусочно-гладкой кривой , ориентированной от и , не проходящей через точку . Наряду с кривой вводим совпадающую с ней кривую , но ориентированную противоположно.
Если из выкинуть , то оставшаяся область будет односвязной с положительно ориентированной границей:
.
Функция аналитическая, на и . Поэтому на основании теоремы Коши для односвязной области
,
потому что .
Пример. Вычислить интеграл
,
где - ориентированный против часовой стрелки контур, содержащий в себе точку (рис. 144) и такой, что точка находится вне него. Запишем наш интеграл в виде
и рассмотрим функцию . В силу наших предположений о контуре эта функция аналитична в замкнутой области, ограниченной контуром , поэтому по формуле Коши
.
Изолированная особая точка — точка, в некоторой проколотой окрестности которой функция однозначна и аналитична, а в самой точке либо не задана, либо не дифференцируема.