参考资料: Polya,Szego数学分析中的问题与定理在复变函数部分的习题122、134、135、138,以及廖良文的复分析基础的引理4.3.1和定理4.3.7、习题4.14,4.17, 以及Stein复分析的习题1.13.
引理1 设
是
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上的解析函数, 则
证明: 用
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处理
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, 展开后用幂级数乘法比较系数即可.
定理2 设
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是圆盘
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内的解析函数,
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是
![]()
在圆周
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上的最大模, 则
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.
证明: 注意到
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在圆周上, 利用引理1以及Taylor公式, 得
所以
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, 等号成立当且仅当
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即
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为常数.
引理3 如果函数
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在区域
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内解析, 且
![]()
在
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内为常数, 则
![]()
在
![]()
内为常数.
证明: 记
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, 则
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, 分别对
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分量求偏导数, 用Cauchy-Riemann方程即可.
引理4 设
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在区域
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内解析, 若
![]()
在
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内的一个圆盘
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内恒等于0, 那么
![]()
在
![]()
内恒等于0.
证明: 只需证任意一点
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, 都有
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. 用完全位于
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内的曲线
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连接
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与
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, 在
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上取点
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, 其中(保证点在$D$内)
作
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的
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邻域
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, 则有
下面我们说明在每个
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邻域都恒等于0. 我们还是用Taylor展开来证.
由于
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, 则
又由
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, 那么
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,
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在
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的Taylor展开式系数也为0, 自然
这样推下去即可以证
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.
定理5 设
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在区域
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内解析, 若
![]()
在
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内的某一点
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取到它的最大模, 则
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在
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内恒等于一实数.
证明: 设
若
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, 则已证完; 设
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, 取
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使得圆盘
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, 则由Cauchy积分公式得
所以
然而
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, 我们说明这个不等式的小于号不成立: 若存在
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使得
由
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的连续性知, 存在
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使当
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时,
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成立, 记
则
(上面在E上的积分估计是可以取"="的)
矛盾, 因此只能有
![]()
,
根据
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的任意性, 对任意
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都有
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,
从而
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. 利用引理3,
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常数. 再用引理4可以由圆盘拓展到整个区域
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内.
定理6(最大模原理) 设
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在区域
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内解析, 在闭区域
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上连续,
![]()
. 除非
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不恒为常数, 否则在
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内部每一点
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都有
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.
证明: 按照定理5, 如果在
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内有一个点
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使得
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, 则
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常数.
或者按照定理2, 不等式
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等号成立当且仅当
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常数.
下面给出一些例题:
例1(最小模原理) 设
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在有界开区域
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内解析且非零, 在闭区域
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上连续, 则
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在
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上取最小值.
证明: 用定理6, 注意
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是解析的, 证完.
例2 设
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是一整函数, 并且不等式
对所有
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都成立, 证明:
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.
证明: 由于
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是整函数,, 则在
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内都有Taylor展式
利用Cauchy积分公式,
从而
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, 令
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可得
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, 从而
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. 再利用
同样可证
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, 同理
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. 下面看
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的情况:
则
所以
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的Taylor级数的各项均为0, 从而
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.