การวิเคราะห์เชิงซ้อน

การวิเคราะห์เชิงซ้อน (อังกฤษ: Complex analysis) หรืออีกชื่อหนึ่งคือ ทฤษฎีของฟังก์ชันของตัวแปรเชิงซ้อน (อังกฤษ: Theory of functions of a complex variable) เป็นสาขาของคณิตวิเคราะห์ที่ศึกษาฟังก์ชันของจำนวนเชิงซ้อน การวิเคราะห์เชิงซ้อนมีประยุกต์ใช้ในสาขาอื่น ๆ ของคณิตศาสตร์มากมาย เช่น เรขาคณิตเชิงพีชคณิต^[1] ทฤษฎีจำนวน คอมบินาทอริกส์เชิงวิเคราะห์ และคณิตศาสตร์ประยุกต์ ในฟิสิกส์มีการใช้ความรู้ทางการวิเคราะห์เชิงซ้อนเพื่อแก้ปัญหาใน กลศาสตร์ของไหล เทอร์โมไดนามิกส์ และ ฟิสิกส์ควอนตัม^[2]

ฟังก์ชันที่นิยมศึกษาในสาขาการวิเคราะห์เชิงซ้อนคือ ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิก ซึ่งสามารถหาอนุพันธ์เชิงซ้อนได้ทุกจุดในโดเมน และสามารถประมาณค่าได้ด้วยอนุกรมเทย์เลอร์รอบจุดนั้น ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกทุกฟังก์ชันจึงเป็น ฟังก์ชันวิเคราะห์

ประวัติ

การวิเคราะห์เชิงซ้อนเป็นสาขาพื้นฐานของคณิตศาสตร์ที่มีมาอย่างยาวนานตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 นักคณิตศาสตร์สำคัญที่มีผลงานในสาขานี้เช่น เลออนฮาร์ด ออยเลอร์ คาร์ล ฟรีดริช เกาส์ แบร์นฮาร์ท รีมันน์ โอกุสแต็ง-หลุยส์ โคชี คาร์ล ไวเออร์ชตราส^[3] และ ลาร์ส อาห์ลฟอร์ส^[4] ตลอดจนนักคณิตศาสตร์ในศตวรรษที่ 20 คนอื่น ๆ

บทประยุกต์สำคัญของการวิเคราะห์เชิงซ้อนคือใช้ในระบบพลวัตเชิงซ้อน ซึ่งเป็นการพิจารณาระบบพลวัตของฟังก์ชันเชิงซ้อน^[5] และภาพแฟรกทัลที่เกิดขึ้นจากระบบพลวัติเชิงซ้อนนั้น ในทางทฤษฎีจำนวน การวิเคราะห์เชิงซ้อนเป็นเครื่องมือสำคัญของทฤษฎีจำนวนเชิงวิเคราะห์ โดยผ่านฟังก์ชันในการวิเคราะห์เชิงซ้อนรูปแบบหนึ่งซึ่งเรียกว่า ฟังก์ชันมอดุลาร์^[6]

ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิก

ฟังก์ชันเชิงซ้อน คือฟังก์ชัน $f\colon \mathbb {C} \to \mathbb {C}$ จากเซตของจำนวนเชิงซ้อน ไปยังเซตของจำนวนเชิงซ้อน

ฟังก์ชันเชิงซ้อน $f$ จะหาอนุพันธ์ที่จุด $z_{0}\in \mathbb {C}$ ได้ก็ต่อเมื่อลิมิต

$f'(z_{0})=\lim _{z\to z_{0}}{\frac {f(z)-f(z_{0})}{z-z_{0}}}$

หาค่าได้ ซึ่งเป็นนิยามที่คล้ายคลึงกับนิยามการอนุพันธ์ของฟังก์ชันค่าจริง แต่เนื่องจากลิมิตของจำนวนเชิงซ้อนต้องหาค่าได้ทุกทิศทาง และไม่จำเพาะเฉพาะทิศทางซ้ายและขวา (หรือบวกและลบ) อย่างในลิมิตของฟังก์ชันค่าจริง ความแตกต่างนี้ทำให้ฟังก์ชันเชิงซ้อนที่หาอนุพันธ์ได้มีลักษณะแตกต่างจากฟังก์ชันค่าจริงที่หาอนุพันธ์ได้

ฟังก์ชันเชิงซ้อนที่หาอนุพันธ์ได้ทุกจุดบนเซตเปิด $\Omega \subseteq \mathbb {C}$ บางเซตของจำนวนเชิงซ้อนจะเรียกว่า ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบน $\Omega$

สมบัติสำคัญของฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิก เช่น

ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกทุกฟังก์ชันสามารถหาอนุพันธ์ได้เป็นอนันต์
ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกทุกฟังก์ชันเป็นฟังก์ชันวิเคราะห์ นั่นคือ สำหรับแต่ละจุดในโดเมน ฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกสามารถเขียนแทนได้ด้วยอนุกรมกำลังที่ลู่เข้า

ปริพันธ์ตามเส้นรอบขอบ

เครื่องมือสำคัญในการวิเคราะห์เชิงซ้อนอีกอันหนึ่งคือ ปริพันธ์ตามเส้น

บนระนาบเชิงซ้อน ทฤษฎีบทปริพันธ์ของโคชีกล่าวว่า หากพิจารณาปริพันธ์ตามเส้นของเส้นโค้งปิด (ซึ่งเรียกว่าปริพันธ์ตามเส้นรอบขอบ) และฟังก์ชันที่หาปริพันธ์เป็นฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกบนบริเวณที่ทางเดินปิดนั้นล้อมรอบ แล้วปริพันธ์จะมีค่าเท่ากับศูนย์โดยทันที และค่าของฟังก์ชันในบริเวณปิดดังกล่าว จะหาได้จากปริพันธ์ตามเส้นตัวหนึ่งบนทางเดินปิดนั้น (ดู สูตรปริพันธ์ของโคชี) ในบางครั้ง เราสามารถใช้การหาปริพันธ์ตามเส้นบนระนาบเชิงซ้อน เพื่อหาปริพันธ์ของฟังก์ชันค่าจริงบางตัวได้ ซึ่งเรียกวิธีการนี้ว่า วิธีการปริพันธ์ตามเส้นรอบขอบ

ฟังก์ชันเชิงซ้อนบางตัวจะมี โพล ซึ่งเป็นจุดที่ทำให้ค่าของฟังก์ชันเชิงซ้อนไม่มีขอบเขต เราสามารถคำนวณ เรซิดิว สำหรับแต่ละโพลได้ ซึ่งเรซิดิวจะใช้ในการหาปริพันธ์ตามเส้นรอบขอบได้ ความสัมพันธ์นี้ปรากฏใน ทฤษฎีบทเรซิดิว

อ้างอิง

↑ Griffiths, Phillip (1978). Principles of algebraic geometry. Joe Harris. New York: Wiley. ISBN 0-471-32792-1. OCLC 3843444.
↑ Pathak, Hemant Kumar (2019). Complex analysis and applications. Singapore. ISBN 978-981-13-9734-9. OCLC 1119665489.
↑ Gray, Jeremy (2015). Real and the complex : a history of analysis in the 19th century. Cham. ISBN 978-3-319-23715-2. OCLC 932002663.
↑ "Lars Valerian Ahlfors". abel.harvard.edu.
↑ Beardon, Alan F. (2000). Iteration of rational functions : complex analytic dynamical systems. New York: Springer. ISBN 0-387-95151-2. OCLC 51647353.
↑ Apostol, Tom M. (1990). Modular functions and Dirichlet series in number theory (2 ed.). New York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-97127-0. OCLC 20262861.

อ่านเพิ่มเติม

Ahlfors, Lars V. (1979). Complex analysis : an introduction to the theory of analytic functions of one complex variable (3 ed.). New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-000657-1. OCLC 4036464.
Priestley, H. A. (2003). Introduction to complex analysis (2 ed.). Oxford. ISBN 978-0-19-158333-9. OCLC 874563358.
Needham, Tristan (1997). Visual complex analysis. Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-853447-7. OCLC 36523806.

ดูเพิ่ม

[1] Griffiths, Phillip (1978). Principles of algebraic geometry. Joe Harris. New York: Wiley. ISBN 0-471-32792-1. OCLC 3843444.

[2] Pathak, Hemant Kumar (2019). Complex analysis and applications. Singapore. ISBN 978-981-13-9734-9. OCLC 1119665489.

[3] Gray, Jeremy (2015). Real and the complex : a history of analysis in the 19th century. Cham. ISBN 978-3-319-23715-2. OCLC 932002663.

[4] "Lars Valerian Ahlfors". abel.harvard.edu.

[5] Beardon, Alan F. (2000). Iteration of rational functions : complex analytic dynamical systems. New York: Springer. ISBN 0-387-95151-2. OCLC 51647353.

[6] Apostol, Tom M. (1990). Modular functions and Dirichlet series in number theory (2 ed.). New York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-97127-0. OCLC 20262861.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

ด ค ก สาขาของวิชาคณิตศาสตร์
ประวัติ เส้นเวลา โครงร่าง หัวข้อ อภิธานศัพท์
รากฐาน	ทฤษฎีเซต คณิตตรรกศาสตร์ ทฤษฎีการพิสูจน์ ทฤษฎีโมเดล ทฤษฎีการเวียนเกิด ทฤษฎีแคทิกอรี ทฤษฎีไทป์ ปรัชญาของคณิตศาสตร์
พีชคณิต	พีชคณิตพื้นฐาน พีชคณิตเชิงเส้น พีชคณิตเชิงหลายเส้น พีชคณิตนามธรรม ทฤษฎีกรุป ทฤษฎีกาลัว พีชคณิตสลับที่ พีชคณิตสากล พีชคณิตเชิงโฮโมโลยี
คณิตวิเคราะห์	แคลคูลัส การวิเคราะห์เชิงจริง การวิเคราะห์เชิงซ้อน การวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน การวิเคราะห์ฮาร์มอนิก ทฤษฎีเมเชอร์‎ สมการเชิงอนุพันธ์
วิยุตคณิต	คณิตศาสตร์เชิงการจัด ทฤษฎีกราฟ ทฤษฎีเกม ทฤษฎีอันดับ
เรขาคณิต	เรขาคณิตจำกัด เรขาคณิตเชิงพีชคณิต เรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ เรขาคณิตแบบยุคลิด เรขาคณิตวิเคราะห์ เรขาคณิตวิยุต
ทฤษฎีจำนวน	เลขคณิต ทฤษฎีจำนวนเชิงพีชคณิต ทฤษฎีจำนวนเชิงวิเคราะห์ เรขาคณิตไดโอแฟนไทน์
ทอพอโลยี	ทอพอโลยีทั่วไป ทอพอโลยีเชิงพีชคณิต ทอพอโลยีเชิงเรขาคณิต ทฤษฎีเงื่อน ทอพอโลยีเชิงอนุพันธ์ ทฤษฎีโฮโมโทปี
ประยุกต์	ความน่าจะเป็น สถิติศาสตร์ คณิตศาสตร์การเงิน คณิตศาสตร์เคมี คณิตศาสตร์จิตวิทยา คณิตศาสตร์ชีววิทยา คณิตศาสตร์ฟิสิกส์ คณิตศาสตร์เศรษฐศาสตร์ ทฤษฎีระบบควบคุม
คณนา	การวิเคราะห์เชิงตัวเลข การหาค่าเหมาะที่สุด ทฤษฎีการคำนวณ พีชคณิตของคอมพิวเตอร์ วิทยาการคอมพิวเตอร์
อื่น ๆ	ประวัติของคณิตศาสตร์ คณิตศาสตร์นันทนาการ คณิตศาสตร์และศิลปะ การสอนคณิตศาสตร์
หมวดหมู่ สถานีย่อย