Analisi komplessa

Minn Wikipedija, l-enċiklopedija l-ħielsa
Aqbeż lejn: navigazzjoni, fittex

L-Analisi komplessa (jew iżjed preċiż, it-teorija tal-funzjonijiet ta’ varjabbli komplessi) hi dik il-fergħa ta’ l-analisi matematika li tapplika l-idejat tal-kalkulu infiniteżmali għall-funzjonijiet komplessi, jiġifieri għal funzjonijiet li għandhom bħala dominju u kodominju settijiet ta’ numri komplessi.

Il-kunċett ewlieni tal-analisi komplessa hi l-funzjoni olomorfa: din hi funzjoni komplessa mgħammra b’nozzjoni ta’ derivata, fl-istess mod kif isir fil-każ tal-funzjonijiet reali tas-soltu. Il-funzjoni meromorfa hi estensjoni ta’ dan il-kunċett.

Rappreżentazzjoni tal-funzjoni komplessa:
f(z)=(z^2-1)(z-2-2i)/(z^2+2+2i). It-tonalità tirrappreżenta l-argument tal-funzjoni, waqt li l-intensità tirrappreżenta il-modulu.

L-analisi komplessa hi utli ħafna f’bosta friegħi tal-matematika, bħal pereżempju, it-Teorija tan-numri u l-ġometrija alġebrija; għandha applikazzjonijiet importanti anki fil-fiżika.

Funzjonijiet olomorfi[editja]

Definizzjoni[editja]

L-analisi komplessa tapplika l-metodi tal-kalkulu infiniteżmali għan-numri komplessi. Biex nagħmlu dan, hemm bżonn li nimudellaw in-numri komplessi fil-pjan kompless, mgħammar bit-topoloġija ewklideja tas-soltu. It-topoloġija tippermettielna li nitkellmu fuq suċċessjonijiet, fuq limiti, fuq settijiet miftuħin u magħluqin fil-pjan.

L-analisi komplessa tistudja funzjonijiet

 f:A\to \mathbb C

definiti fuq sett miftuħ \ A tal-pjan kompless \ \mathbb C , b’valuri komplessi. B’mod analogu għal kollox ma’ dak li jsir fil-każ reali, funzjoni hi derivabbli f’sens kompless f’punt jekk ir-rapport inkrementali għandu limitu fil-punt. Jekk il-funzjoni hi derivabbli f’sens kompless f’kull punt ta’ \ A , ngħidulha funzjoni olomorfa.

Relazzjoni mad-differenzjabbiltà[editja]

Bl-użu tal-identifikazzjoni ta’ \mathbb C ma’ \R^2 , il-funzjoni  f nistgħu ninterpretawha bħala funzjoni minn sett miftuħ ta’ \R^2 għal \R^2 . Funzjoni derivabbli f’sens kompless hi neċessarjament differenzjabbli jekk ninterpretawha b’dal-mod. Però l-oppost mhux veru; il-kundizzjoni ta’ derivabbiltà f’sens kompless għal funzjoni differenzjabbli hi miġbura fl-ekwazzjonijiet ta’ Cauchy-Riemann.

Mapep konformi[editja]

Funzjoni olomorfa li għandha derivata kullimkien differenti minn zero, ngħidulha mappa konformi: hi mappa li tippreżerva jew iżżomm l-angoli, imma mhux neċessarjament id-distanzi. Dil-proprjetà ġejja mill-fatt li funzjoni olomorfa hi (bħal fil-każ reali) approssimabbli lokalment minn funzjoni linjari, u mill-fatt li l-funzjonijiet linjari fuq il-pjan kompless huma kompożizzjoni ta’ omotetji u rotazzjonijiet, it-tnejn operazzjonijiet konformi.

Funzjonijiet armoniċi[editja]

Min-naħa l-oħra, il-parti reali u l-parti immaġinarja ta’ funzjoni olomorfa huma t-tnejn funzjonijiet armoniċi: xi proprijetajiet tal-funzjonijiet armoniċi, bħal dik ta’ li ma tħallix massimi u minimi lokali, jintirtu mill-funzjonijiet olomorfi.

Il-Formula ta’ Cauchy[editja]

L-ingredjent ewlieni tal-analisi komplessa, li m’għandux analogu fl-analisi reali , hu il-formula ta’ Cauchy. Dil-formola tagħti relazzjoni bejn il-valur \ f(z) ta’ funzjoni olomorfa fil-punt \ z ma’ l-integral ta’ funzjoni mibnija minn \ f matul kurva sempliċi magħluqa \ \Gamma li "iddur" mal-punt \ z :

f(z) = {{1}\over{2\pi i}} \cdot \oint_{\Gamma} {{f(z')}\over {z'- z}} \,dz'.

Mill-formola ta’ Cauchy joħorġu ħafna proprijetajiet tal-funzjonijiet olomorfi, li m’għandhomx analogi fl-ambitu ta’ l-analisi reali . Niddeskrivu xi wħud minn dawn il-proprijetajiet hawn taħt.

Analitiċità[editja]

Funzjoni olomorfa hi dejjem analitika. Dan ifisser li lokalment nistgħu nesprimuha bħala serje ta’ potenzi. Fi kliem ieħor, fl-ambitu kompless l-eżistenza tal-ewwel derivata hi biżżejjed biex tiggarantixxi mhux biss l-eżistenza tad-derivati ta’ kull ordni, imma wkoll l-analitiċità tal-funzjoni. Dan ma jiġrix fl-ambitu reali .

It-teorema ta’ Liouville[editja]

Funzjoni olomorfa hi intera jekk hi definita fuq il-pjan kompless kollu. Il-funzjonijiet interi huma dawk il-funzjonijiet li f’kull punt għandhom rappreżentazzjoni bħala serje ta’ potenzi b’raġġ ta’ konvergenza infinit. Il-funzjonijiet interi għandhom ħafna restrizzjonijiet. Fosthom, it-Teorema ta’ Liouville li tgħid li funzjoni intera li mhijiex kostanti ma jistax ikollha modulu limitat fil-pjan.

Għalhekk fl-ambitu kompless ma jeżistux funzjonijiet bħal l-arktanġent reali , li huma definiti fuq \mathbb C kollha imma b’modulu uniformement limitat.

It-teorema tal-modulu massimu[editja]

It-Teorema tal-modulu massimu, tgħid li l-modulu \ |f(z)| ta' funzjoni olomorfa \ f definita fuq sett miftuħ \ A ma jistax jilħaq il-massimu. Jekk id-dominju \ A hu limitat u l-funzjoni \ f nistgħu nestenduha bil-kontinwità għall-għeluq ta’ \ A , il-modulu jilħaq il-massimu fuq wieħed mill-punti tat-xifer.

Eżempji ta’ funzjonijiet olomorfi[editja]

Il-prolungament analitiku ta’ funzjoni analitika matul kurva fil-pjan.

Kull funzjoni definita mill-bidu bl-erba’ operazzjonijiet aritmetiċi hi olomorfa fis-sett miftuħ li fih hi definita sewwa. Jekk \ p(z) u \ q(z) huma żewġ polinomi, il-funzjoni

 f(z)= {{p(z)}\over{q(z)}}

hi olomorfa fuq is-sett miftuħ \ A miksub billi nnaħħu minn \ \mathbb C il-punti li jikkorrispondu mar-radiċi ta’ \ q .

Il-parti reali tas-senu kompless f'rettanglu fil-pjan.

Kull funzjoni analitika reali testendi b’mod uniku għal funzjoni olomorfa. Il-proċedura li biha l-funzjonijiet olomorfi jiġu estiżi b’mod uniku ngħidulha prolungament analitiku. In partikulari, il-funzjonijiet esponenzjali, tas-senu, u l-funzjonijiet trigonometriċi huma funzjonijiet olomorfi.

L-imġiba tal-funzjonijiet esponenzjali u s-senu fl-ambitu kompless hi iżjed għanja milli nsibu fl-ambitu reali. Per eżempju, minħabba t-Teorema ta’ Liouville il-funzjoni tas-senu mhijiex limitata fil-pjan kompless (kontra li jiġri fir-reali, fejn tvarja bejn -1 u 1). Anzi, il-funzjoni tas-senu hija surġettiva fuq il-komplessi.

Il-funzjonijiet meromorfi[editja]

Singularitajiet iżolati[editja]

Kunċett ieħor ċentrali fl-analisi komplessa hu dak tas-singularitajiet iżolati. Funzjoni olomorfa

 f:A\setminus \{z_0\} \to \mathbb C

definita fuq sett miftuħ \ A , bil-punt intern \ z_0 imneħħi, għandha singularità iżolata f' \ z_0 . Dan differenti milli jiġri fil-każ ta’ funzjonijiet reali għax l-imġiba tal-funzjoni qrib \ z_0 nistgħu naqsmuha fi tliet tipi, determinati mill-imġiba tal-modulu \ |f(z)| qrib il-punt:

  1. Jekk \ |f(z)| hu limitat fl-inħawi ta’ \ z_0 , is-singularità hi eliminabbli: il-funzjoni testendi bil-kontinwità għall-punt, u l-estensjoni tibqa’ olomorfa.
  2. Jekk \ |f(z)| jersaq lejn l-infinit meta \ z tersaq lejn \ z_0 , is-singularità ngħidulha pol.
  3. Fil-każi l-oħra kollha, \ |f(z)| m’għandiex limitu meta \ z tersaq lejn \ z_0 , u s-singularità ngħidulha essenzjali.

Sfera ta’ Riemann[editja]

Jekk il-funzjoni għandha singularità eliminabbli f’\ z_0 , din testendi għal funzjoni olomorfa fuq \ A . Jekk għandha pol, possibbli wkoll nestendu l-funzjoni billi nqegħdu \ f(z_0)=\infty . Ir-riżultat ta’ din operazzjoni hi funzjoni ta’ tip ġdid, li ngħidula meromorfa.

Il-funzjonijiet meromorfi iġibu ruħhom lokalment bħall-funzjonijiet olomorfi: biżżejjed inżidu mal-pjan kompless, il-punt \ \infty , permezz tal-projezzjoni sterjografika. L-ispazju li niksbu hu topoloġikament ekwivalenti għal l-isfera, u jgħidulu l-isfera ta’ Riemann. Spiss hu identifikat mall-linja dritta projettiva komplessa \mathbb {CP}^1 . Funzjoni meromorfa hi għalhekk funzjoni partikulari

 f:A\to\mathbb {CP}^1.

B’din il-kostruzzjoni, il-punt fl-infinit nittrattawh bħal l-oħrajn kollha, u nistgħu naqilbu ħafna riżultati fuq il-funzjonijiet olomorfi għall-kuntest tal-funzjonijiet meromorfi. Estensjoni analoga tista’ ssir jekk id-dominju, \ A , jkun sett miftuħ ta’ \mathbb {CP}^1 .

Per eżempju (trasformazzjoni ta’ Möbius):

 f(z) = {{az+b}\over{kz+d}}

fejn \ a,b,k,d huma komplessi u

\det \begin{pmatrix} a & b \\ k & d \end{pmatrix}\neq 0

hi funzjoni meromorfa

 f:\mathbb {CP}^1\to\mathbb {CP}^1.

Biblijografija[editja]

  • Needham T., Visual Complex Analysis (Oxford, 1997).
  • Henrici P., Applied and Computational Complex Analysis (Wiley). [Three volumes: 1974, 1977, 1986.]
  • Kreyszig, E, Advanced Engineering Mathematics, 9 ed., Ch.13-18 (Wiley, 2006).
  • Scheidemann, V., Introduction to complex analysis in several variables (Birkhauser, 2005)
  • Shaw, W.T., Complex Analysis with Mathematica (Cambridge, 2006).
  • Marsden & Hoffman, Basic complex analysis (Freeman, 1999).