更新时间:2022-08-31 23:51
在复分析中,一个函数的本性奇点(Essential Singularity)又称本质奇点,是奇点中的“严谨”的一类。
如果函数 在其孤立奇点b的一个去心邻域内展开成洛朗级数,其中含有无穷多个(z-b)的负幂项,则称b点为 的本性奇点。这与前面的定义是一致的,因为如果 时函数 在b点邻域内展成的洛朗级数含有有限个(z-b)的负幂次项,那么,若 在b点的洛朗展开式含有无穷多个(z-b)的负幂次项,则极限 必然不存在,而这正是前面给出的本性奇点定义。例如,函数 ,当z=0时其值不确定,而在z=0的邻域内解析,所以z=0是 的孤立奇点。它展开成幂级数为
含有无限多个负幂项,所以z=0是它的本性奇点。
又如,z=1是函数 的孤立奇点,当 时,该函数的极限不存在,且不为 ,所以z=1是该函数的本性奇点。也可以在 环域内将该函数展开成洛朗级数
可见,上式有无穷多个(1一z)的负幂项。所以z=1是该函数的本性奇点。
定理1(维尔斯特拉斯定理) :设 为函数 的孤立奇点,则 为 的本性奇点的充分必要条件是:对于任何复数A(包括无穷),一定存在收敛于 的序列 ,使得 .
换句话说,在本性奇点的无论怎样小的邻环内, 可以任意接近预先给定的任何有限数或趋于无穷.
证 : 由本性奇点定义可知,条件的充分性是明显的,以下证明必要性.
(1)若 ,我们要证明存在一个收敛于 的序列 ,使得 .事实上,因为 是 的本性奇点,所以 在 的邻环内无界。也就是说,对于任意正整数n,都可以找到点 满足 ,使得 .于是,有一个趋于 的序列{%),使
(2)若A是任意有限复数.如果在 点的任意小的邻环内均存在z点,使得 ,则显然有一个趋于 的序列 ,使 .如果存在 的一个邻环,在其中.则函数在这个邻环内解析,并且可以证明是的本性奇点.事实上,如果是的可去奇点或极点,则当时趋于有限数或无穷大.从而,当时趋于有限数,与为的本性奇点的假设矛盾.于是,根据(1)的证明,必存在趋于的序列,使得.因此,.定理证毕。
定理2(毕卡定理) : 如果为的本性奇点,则对于每一个有限复数 A(至多有一个例外值),均有趋于的点列,使。