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垂云云

Jun 13, 2022

关于z=x+iy的解析表示

问题引入

记得刚开始学复变,看课本(复变函数简明教程)的时候,在第一节里面就看到这样一句话:(有删改)

任意复数z有关于复平面坐标的简单表示形式z=x+iy,但是反之x和y不能用z的表达式给出,事实上,我们以后将会证明,x和y不能用z的幂级数n=0anzn\sum_{n=0}^\infty a_nz^n 表示.

但实话说,我一学期下来,课本也算来来回回翻了一两遍了,也没在哪里找到这里所谓的"我们以后将会证明",这不禁让我想起之前看抽代参考书时,里面写"此命题是x.x小节定理xx的简单推论",但我回去盯着那定理看了老半天,愣是没发现这两者之间有啥关系,真可谓异曲同工。也许作者当时想着后面补上,结果编书的时候写着写着就忘了……

不过既然已经结课了,基本的知识也算是掌握了,那么缺的就是重新回忆起这句话。今天开小差的时候,这个命题突然浮现在脑海中,于是一个简单的证明就出来了:

命题及证明

命题: 设复数 z=x+iyz=x+iy (x,yRx,y\in \mathbb{R}),则x与y不能用z的幂级数形式表示

分析: 显然,如果x或者y能用z的幂级数n=0anzn\sum_{n=0}^\infty a_nz^n表示,其中aiCa_i\in\mathbb{C},则通过移项,另一个分量也可以用z的幂级数表示,因此我们用反证法证明如下:

证明: 假设x,y都可以用z的幂级数表示,设x=f1(z)=n=0anznx=f_1(z)=\sum_{n=0}^\infty a_nz^ny=f2(z)=n=0bnzny=f_2(z)=\sum_{n=0}^\infty b_nz^n,则g(z)=z2=zzˉg(z)=|z|^2=z\bar z 可以表示为g(z)=f12(z)+f22(z)g(z)=f_1^2(z)+f_2^2(z),注意到上式对任意zCz\in\mathbb{C}成立,因此幂级数f1,f2f_1,f_2的收敛半径为\infin,而且显然它们均不为常数,因此g(z)g(z)C\mathbb{C}上解析,但显然g(z)=z2g(z)=|z|^2在任何一点都不解析,矛盾!\blacksquare

推论:利用完全一样的方法可见,x,y不能用任意关于z的解析函数表示

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