刘维尔定理

更新时间:2023-02-10 09:44

刘维尔(Liouville)定理是复变函数中的基本定理之一,其内容可简单描述为“一个有界的整函数

定理内容

如果整函数 在整个平面上有界,即对所有 满足不等式 ,则 必为常数。

可简单描述为:一个有界的整函数必是常函数。

注:(1) 定理内容在实数范围内不成立;

(2) 定理的逆命题成立,即常数是有界常函数。

定理证明

设 是平面上任一点,对以 为中心,任意正数 为半径的圆周,利用柯西不等式,得:

而且,由于 可以任意大,所以,必有 ,即 ,由于点 是任意的,故 必为常函数。

重要推论

一、逆否命题:非常数的整函数必无界。

二、若 为有界整函数,则:

(1) 的逆也为有界整函数

(2) ,

(3) 为常数

三、几何意义

非常数整函数的值既不能全含于某一圆内,也不能全含于某一圆外。

应用

刘维尔定理作为复变函数的基本定理之一,有着广泛的应用,可以直接或间接的证明推导出很多其他的定理:如代数学基本定理,复平面C上的最大模原理等等,是一种有效的证明手段。

例:设整函数且存在实数,使得,则为常数。

证明:∵为整函数

∴ 也为整函数

取:,则也为整函数

又∵

由刘维尔定理可知 为常数

∴也为常数,得证

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