复分析代考_Complex function代考_MATH3401

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复分析代考_Complex function代考_Simple Connectivity

If $\gamma$ is a closed curve in $\mathbb{C}$, then the winding number, or index, $\operatorname{Ind}\gamma(a)$ is a continuous function of the point $a \in \mathbb{C} \backslash \gamma$. In particular, if $\gamma:[0,1] \rightarrow U$ is a closed curve in an open and connected set $U$, then $\operatorname{Ind}\gamma(a)$ is continuous on $\mathbb{C} \backslash U$. It follows that the winding number $\operatorname{Ind}\gamma(a)$ is constant on each connected component of $\mathbb{C} \backslash U$. In particular, if $C_1$ is an unbounded component of $\mathbb{C} \backslash U$, then $\operatorname{Ind}\gamma(a)=0$ for all $a \in C_1$ (cf. Exercise 9 ). If $U$ is bounded, then $\mathbb{C} \backslash U$ has exactly one unbounded component. Hence if $U$ is bounded and $\mathbb{C} \backslash U$ has only one component, then that component is unbounded and Ind $_\gamma(a) \equiv 0$ for all $a \in \mathbb{C} \backslash U$.

In Section 11.2, we saw that if $U$ is simply connected, then $\operatorname{Ind}\gamma(a)=0$ for all $a \in \mathbb{C} \backslash U$ (Lemma 11.2.3). It is natural to suspect that there is some relationship between the two possible reasons why $\operatorname{Ind}\gamma(a)=0$ for all $a \in$ $\mathbb{C} \backslash U$, one reason being that $U$ is simply connected, the other that $\mathbb{C} \backslash U$ has only one component. [This intuition is increased by noting that the annulus is not simply connected and its complement has two components. Moreover the curves which are not homotopic to constants are ones that, intuitively, go around the bounded component of the complement of the domain.] It is, in fact, true that these conditions are related and indeed equivalent for bounded domains. The following theorem makes the expectation precise:
Theorem 11.4.1. If $U$ is a bounded, open, connected subset of $\mathbb{C}$, then the following properties of $U$ are equivalent:
(a) $U$ is simply connected;
(b) $\mathbb{C} \backslash U$ is connected;
(c) for each closed curve $\gamma$ in $U$ and $a \in \mathbb{C} \backslash U, \operatorname{Ind}\gamma(a)=0$. We already know, from Section 11.2, that (a) implies (c). Also, (b) implies (c) by the reasoning already noted: If $\mathbb{C} \backslash U$ is connected, then Ind $\gamma(a)$, being continuous and integer-valued, is constant on $\mathbb{C} \backslash U$. But Ind $_\gamma(a)=0$ for all $a \in \mathbb{C} \backslash U$ with $|a|>\sup {|z|: z \in U}$ by Exercise 9 . Therefore (c) holds if (b) does.

复分析代考_Complex function代考_Multiply Connected Domains Revisited

We developed earlier the intuitive idea that a (topologically) simply connected domain was one with “no holes.” This chapter has given that notion a precise form: (i) the absence of a hole in the sense of there being no points in the complement for a closed curve in the domain to wrap around is exactly the same as (ii) the absence of a hole in the sense of there being no bounded component of the complement of the (bounded) domain. But what about domains that do have holes, that is, that do have nonempty bounded components of their complement?

It is natural, in case the complement $\mathbb{C} \backslash U$ of a bounded domain $U$ has a finite number $k$ of bounded components, to say that $U$ has $k$ holes. [As before, $\mathbb{C} \backslash U$ has exactly one unbounded component.] In more customary if less picturesque terminology, $U$ is said to have connectivity $k+1$ (i.e., the number of components of $\mathbb{C} \backslash U$ ). Then it is also tempting to ask whether the number of holes can be determined by looking at $\pi_1(U)$. For $k=0$, we know this to be true: $U$ has no holes, that is, $k=0$ if and only if $\pi_1(U)$ is trivial, that is, $\pi_1(U)$ equals the group with one element (the identity). But can we tell the difference between a domain with, say, two holes and a domain with three holes just by examining their fundamental groups? We know that the fundamental groups will then both be nontrivial, but do they somehow encode exactly how many holes there are?

The answer to this question is “yes.” But this assertion is not so easy to prove. The whole situation is really part of the subject of algebraic topology, not of complex analysis. Therefore we do not want to go into all the details. But, just so you will know the facts, we shall summarize the key points that topologists have established:

If $U$ is a bounded domain with $k$ holes (i.e., $\mathbb{C} \backslash U$ has $k$ bounded components), then $U$ is homeomorphic to the open disc with $k$ points removed. The disc with $k$ points removed is not homeomorphic to the disc with $\ell$ points removed if $k \neq \ell$. Indeed, if $k \neq \ell$, then the disc with $k$ points removed has a different fundamental group than the disc with $\ell$ points removed. [Here “different” means that the two groups are not isomorphic as groups.]

复分析代考_Complex function代考_MATH3401

复分析代考

复分析代考_Complex function代考_Simple Connectivity

如果 $\gamma$ 是一条闭合曲线 $\mathbb{C}$ ,然后是绕组数或索引,Ind $\gamma(a)$ 是点的连续函数 $a \in \mathbb{C} \backslash \gamma$. 特别是,如果 $\gamma:[0,1] \rightarrow U$ 是开连通集中的闭曲线 $U$ ,然后Ind $\gamma(a)$ 是连续的 $\mathbb{C} \backslash U$. 由此可见绕组数Ind $\gamma(a)$ 在的 每个连通分量上都是常数 $\mathbb{C} \backslash U$. 特别是,如果 $C_1$ 是一个无限的组成部分 $\mathbb{C} \backslash U$ ,然后Ind $\gamma(a)=0$ 对所 有人 $a \in C_1$ (参见练习 9) 。如果 $U$ 是有界的,那么 $\backslash \backslash U$ 恰好有一个无界分量。因此,如果 $U$ 是有界的 并且 $\mathbb{C} \backslash U$ 只有一个分量,则该分量是无界的,并且 $\operatorname{Ind}_\gamma(a) \equiv 0$ 对所有人 $a \in \mathbb{C} \backslash U$.
在 $11.2$ 节中,我们看到如果 $U$ 是简单连接的,那么Ind $\gamma(a)=0$ 对所有人 $a \in \mathbb{C} \backslash U$ (引理 11.2.3)。 很自然地怀疑这两个可能的原因之间存在某种关系Ind $\gamma(a)=0$ 对所有人 $a \in \mathbb{C} \backslash U$ ,一个原因是 $U$ 是简 单连接的,另一个是 $\mathbb{C} \backslash U$ 只有一个组件。 [这种直觉是通过注意到环不是简单连接的并且它的补码有两个 分量而增加的。此外,与常数非同伦的曲线是直觉上绕域补集的有界分量的曲线。]事实上,这些条件确 实是相关的,并且对于有界域来说确实是等价的。下面的定理使期望变得精确:
定理 11.4.1。如果 $U$ 是有界的、开放的、连通的子集 $\mathbb{C}$, 那么以下属性 $U$ 是等价的:
(a) $U$ 是简单连接的;
(乙) $\mathbb{C} \backslash U$ 已连接;
(c) 对于每条闭合曲线 $\gamma$ 在 $U$ 和 $a \in \mathbb{C} \backslash U$, Ind $\gamma(a)=0$. 从 $11.2$ 节我们已经知道,(a) 蕴含 (c)。此外,
(b) 通过已经提到的推理暗示 (c) : 如果 $\mathbb{C} \backslash U$ 连接,则 $\operatorname{lnd} \gamma(a)$ ,连续且整数值,在 $\mathbb{C} \backslash U$. 但印度 $\gamma(a)=0$ 对所有人 $a \in \mathbb{C} \backslash U$ 和 $|a|>\sup |z|: z \in U$ 通过练习 9。因此,如果 (b) 成立,则 (c) 成立。

复分析代考_Complex function代考_Multiply Connected Domains Revisited

我们早些时候开发了一个直观的想法,即(拓扑) 简单连接的域是一个”没有洞”的域。本章为该概念提 供了一种精确的形式:(i) 空洞的缺失是指域中闭合曲线的补码中没有点可以环绕,这与 (ii) 空洞的缺失 完全相同在 (有界) 域的补语中没有有界成分的意义上的洞。但是那些确实有空洞的域,也就是说,它 们的补码中确实有非空的有界组件呢?
很自然,万一补码 $\mathbb{C} \backslash U$ 有界域的 $U$ 数量有限 $k$ 有界的组件,也就是说 $U$ 有 $k$ 洞。[和以前一样, $\mathbb{C} \backslash U$ 恰好 有一个无界成分。]用更常用但不那么生动的术语来说, $U$ 据说有连通性 $k+1$ (即,组件的数量 $\mathbb{C} \backslash U$ ). 然后也很想问是否可以通过查看来确定孔的数量 $\pi_1(U)$. 为了 $k=0$ ,我们知道这是真的: $U$ 没有孔,也 就是说, $k=0$ 当且仅当 $\pi_1(U)$ 是微不足道的,也就是说, $\pi_1(U)$ 等于具有一个元溸(标识) 的组。但 是,我们是否可以仅通过检查它们的基本群来区分具有两个孔的域和具有三个孔的域之间的区别? 我们 知道基本群都将是非平凡的,但它们是否以某种方式准确地编码了有多少个洞?
这个问题的答案是“是”。但这个论断并不那么容易证明。整个情况实际上是代数拓扑主题的一部分,而 不是复杂分析的主题。因此,我们不想详述所有细节。但是,为了让您了解事实,我们将总结一下拓扑 学家已经确立的要点:
如果 $U$ 是一个有界域 $k$ 洞(即 $\backslash \backslash U$ 有 $k$ 有界组件),然后 $U$ 与开圆盘同胚 $k$ 点删除。光盘与 $k$ 删除的点与圆 盘不同胚 $\ell$ 如果删除点 $k \neq \ell$. 的确,如果 $k \neq \ell$ ,然后是光盘 $k$ 删除的点与圆盘具有不同的基本组 $\ell$ 点删 除。[这里的“不同”意味着这两个群不是群同构的。

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