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せい関数かんすう

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア(Wikipedia)』

複素ふくそ解析かいせきにおけるせい函数かんすう(せいかんすう、えい: entire function)は、複素数ふくそすう平面へいめん全域ぜんいき定義ていぎされる正則せいそく函数かんすうう。そのような函数かんすうれいとして、とく複素ふくそ指数しすう函数かんすう多項式たこうしき函数かんすうおよびそれらのせき合成ごうせいもちいた組合くみあわせとしての三角さんかく函数かんすうおよび双曲線そうきょくせん函数かんすうなどをげることができる。

ふたつのせい函数かんすうしょうとして有理ゆうりがた函数かんすうあたえられる。

解析かいせき函数かんすうろん特定とくてい場合ばあいとしてかんがえれば「せい函数かんすう基本きほん理論りろん」は一般いっぱんろんからのたん帰結きけつであり、それは本質ほんしつてき複素ふくそ関数かんすうろん初歩しょほ(しばしばヴァイヤシュトラスの因数いんすう分解ぶんかい定理ていりによってくわしく調しらべられる)である。しかしその研究けんきゅうは、19世紀せいきなかばごろのコーシー, ラゲール英語えいごばん, ヴァイヤシュトラスらからはじまり、ボレル, アダマール, モンテル英語えいごばん, ピカール, ヴァリロン英語えいごばん, ブルメンタール英語えいごばんら(そしてネヴァンリンナわすれることはできない)によっていちじるしくゆたかにすすめられ、いまや堂々どうどうたる理論りろんとなった。

せい函数かんすう理論りろんは、せい函数かんすうをその増大ぞうだいによって分類ぶんるいしようとするものであり、せい函数かんすうのテイラー係数けいすう増大ぞうだいあいだ関係かんけいりうるれいてんせい函数かんすういのあいだ関係かんけいせい函数かんすうとそのしるべ函数かんすうあいだ関係かんけい特定とくていする。

せい函数かんすう理論りろんにおけるこれらの側面そくめんは、有理ゆうりがた函数かんすうたいするものに拡張かくちょうされる。

解析かいせき函数かんすうろんにおけるせい函数かんすう[編集へんしゅう]

複素ふくそ解析かいせき函数かんすう分類ぶんるい普通ふつうはそれらの複雑ふくざつさ、つまりそれらの特異とくいてんしたがってなされる。多項式たこうしき函数かんすうのぞけば、ほんこう主題しゅだいであるせい函数かんすうせい函数かんすうしょうとしてきょくのみを特異とくいてん有理ゆうりがた函数かんすう、そして真性しんせい特異とくいてんあるいは分岐ぶんきてんつような函数かんすう一変いっぺんすう複素ふくそ解析かいせき函数かんすうなかでもっとも複雑ふくざつである。

せい函数かんすう多項式たこうしき函数かんすう一般いっぱんとしてあらわれ、ある意味いみで「無限むげん次数じすう多項式たこうしき」のようにう。ゆえにせい函数かんすうは、多項式たこうしき函数かんすうのぞいてもっとも単純たんじゅん解析かいせき函数かんすうであり、有限ゆうげん領域りょういきにおいて特異とくいてんたず、無限むげんとおてんにおいてただひとつの特異とくいてんつ(後述こうじゅつ)。それでも、せい函数かんすう研究けんきゅうむずかしく、ひゃくねんちか研究けんきゅうにもかかわらずいまだにおおくの解決かいけつ問題もんだいかかえている。

基本きほん理論りろん[編集へんしゅう]

複素ふくそ解析かいせき函数かんすう fzかんして正則せいそくとすれば、テイラー–マクローリンの公式こうしきによりてん zまわりでせい級数きゅうすう 展開てんかいされる。せい級数きゅうすうろんにより、うえ級数きゅうすうz中心ちゅうしんとし、コーシー–アダマールの定理ていりにより あたえられる半径はんけい R をもつひらきえんばんじょう絶対ぜったいかつ一様いちよう収束しゅうそくすることがかる。複素ふくそ解析かいせき函数かんすうろんしゅ結果けっかは、収束しゅうそく半径はんけいzもっとちかくにある特異とくいてんとのあいだ距離きょり R によってまることである。複素ふくそ解析かいせき函数かんすうせいであるとは、それが複素数ふくそすう平面へいめん任意にんいてんにおいて正則せいそくであるときにう。したがって、せい函数かんすう有限ゆうげん距離きょりにある特異とくいてんたない。あるてん y において正則せいそく函数かんすうy において無限むげんかい微分びぶん可能かのうであることをおもそう。

fせい函数かんすうならば、任意にんいてんにおいて正則せいそくであるから、収束しゅうそくせい級数きゅうすう 展開てんかいされ、また無限むげんとおてんのぞいて特異とくいてんたないからせい級数きゅうすう収束しゅうそく半径はんけい無限むげんだいであり、すなわちこの級数きゅうすう任意にんいzたいして収束しゅうそくする。したがって つ。またそれゆえ、せい函数かんすう任意にんい階数かいすうしるべ函数かんすうもまたせい函数かんすうになる。

コーシーの積分せきぶん公式こうしき: は、分数ぶんすうしき 1/(sz)せい級数きゅうすう展開てんかいすることにより、かくテイラー係数けいすう積分せきぶん によって決定けっていできる。ただし上記じょうき両方りょうほう積分せきぶんでは、積分せきぶん γがんまzかこまない閉路へいろとする。さらに M(R)z中心ちゅうしんとする半径はんけい Rえんばんじょうでの函数かんすう最大さいだい絶対ぜったいとすれば、きわめて重要じゅうようコーシーの不等式ふとうしきフランス語ふらんすごばん 簡単かんたん論法ろんぽうによりられる。

せい函数かんすうかんする重要じゅうよう結果けっかとしてリウヴィルの定理ていりがある:

定理ていり (Liouville)
せい函数かんすう有界ゆうかいならば、定数ていすう函数かんすうである。

この定理ていりはコーシーの不等式ふとうしき適用てきようして証明しょうめいできる。すなわち、Rなにであっても M(R)有界ゆうかいであることに注意ちゅういして、R無限むげんだいばせば所望しょもう結果けっかる。 このリウヴィルの定理ていりから、代数だいすうがく基本きほん定理ていり次数じすう n任意にんい多項式たこうしきは、重複じゅうふくめて n つ」の簡単かんたん証明しょうめいられる。つぎピカールのしょう定理ていりはリウヴィルの定理ていり強化きょうかばんであるとかんがえられる:

定理ていり (Picard)
定数ていすうでない任意にんいせい函数かんすうは、複素数ふくそすう平面へいめんじょうにおいて、高々たかだかひとつののぞいたすべての複素数ふくそすうをとる。

くわしくは後述こうじゅつするが、ある意味いみせい函数かんすうろんはピカールのしょう定理ていりのまったく周辺しゅうへんしゅうっている。

  • ひとつの領域りょういき—つまり、連結れんけつひらけ集合しゅうごうじょう定義ていぎされた正則せいそく函数かんすうせい函数かんすう解析かいせきてき延長えんちょうできるための必要ひつようじゅうふん条件じょうけんは、そのテイラー級数きゅうすう収束しゅうそく半径はんけいがその領域りょういきじょう任意にんいてんにおいて無限むげんだいとなることである。(ちゅう領域りょういきじょうのある1てんいてテイラー級数きゅうすう収束しゅうそくばんがた無限むげんだいであればせい関数かんすう延長えんちょうできる。)
  • せい函数かんすう全体ぜんたい集合しゅうごうは、写像しゃぞう合成ごうせいかんしてじているから、複素数ふくそすう平面へいめんからそれ自身じしんへの連続れんぞく函数かんすう全体ぜんたい空間くうかん複素ふくそ部分ぶぶん多元たげんたまきす。

せい函数かんすう有界ゆうかいならば定数ていすうであり、また無限むげんとおてん以外いがいでは特異とくいてんてないから、定数ていすうでない任意にんいせい函数かんすうたいして無限むげんとおてん特異とくいてんである。可能かのうせいとしてその特異とくいてんごくまたは真性しんせい特異とくいてんであるが、前者ぜんしゃの(無限むげんとおてんきょくつ)場合ばあい、そのせい函数かんすう多項式たこうしきである。後者こうしゃの(無限むげんとお真性しんせい特異とくいてんつ)場合ばあい、その函数かんすう超越ちょうえつせい函数かんすうう。

孤立こりつれいてん原理げんり
函数かんすう f領域りょういき U うえ定義ていぎされた解析かいせき函数かんすうで、a においてえているとする。このとき、f恒等こうとうてきれいか、さもなくば a中心ちゅうしんとするえんばん D存在そんざいして、aことなる任意にんいsDたいして f(s) ≠ 0つ。

これは解析かいせき接続せつぞく原理げんりからの帰結きけつである。

ひらけ写像しゃぞう定理ていり
ひらけ集合しゅうごう U うえ定数ていすうでない解析かいせき函数かんすう fたいし、f(U) もまたひらけ集合しゅうごうである。

これは孤立こりつれいてん原理げんりによってもしめせる。

最大さいだい原理げんり
領域りょういき D うえ定数ていすうでない解析かいせき函数かんすう fたいし、ひらき写像しゃぞう定理ていりから以下いかただちにしたがう:
  • f絶対ぜったいD極大きょくだいたない(したがって、D有界ゆうかいならば |f|D境界きょうかいじょう最大さいだいつ);
  • fD うええないならば、|f|D極大きょくだいたない;
  • fD極大きょくだい極小きょくしょうたない。

とくシュヴァルツの補題ほだいみちびける。

より一般いっぱんに、任意にんいれつ調和ちょうわ函数かんすうたとえば |f|fえない場合ばあい1/|f| などはそう)は最大さいだい原理げんり満足まんぞくする。また任意にんい調和ちょうわ函数かんすうたとえば Re(f) はそう)は最大さいだいおよび最小さいしょう原理げんり満足まんぞくする。

フラグメン–リンデレーフの原理げんり英語えいごばん最大さいだい絶対ぜったい原理げんり有界ゆうかい領域りょういきへの一般いっぱんである。

増大ぞうだい[編集へんしゅう]

定義ていぎにより、せい函数かんすう無限むげんとおてんにのみ孤立こりつ特異とくいてんつ。せい函数かんすう fたいして けば、この函数かんすう最大さいだい原理げんりにより単調たんちょう増大ぞうだいで、f定数ていすうでなければリウヴィルの定理ていりから有界ゆうかいではない。これを f最大さいだい絶対ぜったい函数かんすうう。

定理ていり (Hadamard)
最大さいだい絶対ぜったい自然しぜん対数たいすう函数かんすう ln Mf(r) は、ln rとつ函数かんすうである。[1]
定理ていり (Blumenthal)
最大さいだい絶対ぜったい自然しぜん対数たいすう函数かんすう ln Mf(r) は、任意にんい区間くかんじょう連続れんぞくかつ解析かいせきてきである。[よう出典しゅってん]

上記じょうきとつせいからの帰結きけつとして、ln Mf(r)みぎおよびひだり微分びぶんち、それらは単調たんちょう増大ぞうだいである。かならずしも連続れんぞくでない函数かんすう v(t)存在そんざいして つ。

関数かんすうfの絶対ぜったい最大さいだい函数かんすう Mf(r)rかんしての増大ぞうだいにはいくらでもはやいものが存在そんざいする。より精確せいかくには、任意にんい単調たんちょう増大ぞうだい函数かんすう g: [0, +∞)[0, +∞)たいして、適当てきとう函数かんすう fえらぶことで、任意にんい実数じっすう xたいして f(x)g(|x|) よりしんおおきい実数じっすうとなるようにできる。そのためには f として かたちのものを、うまくえらんだせい数列すうれつ nkたいしてとればよい。実際じっさいcg(2) および れる[よう出典しゅってん]

じつはこれはトルステン・カーレマン英語えいごばん一様いちよう近似きんじ定理ていり[2]QR うえ定義ていぎされた複素ふくそ数値すうち連続れんぞく函数かんすうで、E: R(0, +∞)連続れんぞくならば、せい函数かんすう f存在そんざいして、任意にんい実数じっすう xたいして とできる」の特別とくべつ場合ばあいになっている[3]

せい函数かんすう f適当てきとう λらむだたいして たすならば、函数かんすう f次数じすう高々たかだか λらむだ多項式たこうしきである。等号とうごう満足まんぞくする λらむだ存在そんざいしないときは、Mf(r)増大ぞうだいexp(rk)比較ひかくする。適当てきとう r0 よりおおきい rたいして不等式ふとうしき つねつならば、f有限ゆうげんぞう大度たいどであるとう。せい函数かんすう f増大ぞうだい (order of growth) あるいはうえぞう大度たいど (superior order)[注釈ちゅうしゃく 1]は、等式とうしき によって定義ていぎされる。おなぞう大度たいど ρろーせい函数かんすうあいだでも、定義ていぎされるかた σしぐまf函数かんすう区別くべつすることができる。σしぐまfにより、極小きょくしょうがた (σしぐまf = 0), 通常つうじょうがた (0 < σしぐまf < ∞) または極大きょくだいがた (σしぐまf = ∞)分類ぶんるいする。

そのとき以下いか不等式ふとうしきつ:

指数しすう函数かんすう exp増大ぞうだいは 1 であり、また正弦せいげん sin および余弦よげん函数かんすう cos もそうである。

ミッタク゠レフラー函数かんすう 増大ぞうだい ρろー である。リンデレーフ函数かんすう おなじ。

せい函数かんすう増大ぞうだいせい級数きゅうすう展開てんかい係数けいすうあいだには以下いかのような関係かんけいがある:

  • せい函数かんすう 十分じゅうぶんおおきな rたいして たすならば、十分じゅうぶんおおきな nたいしてつ。
  • ぎゃくに、十分じゅうぶんおおきな nたいして つならば、任意にんいεいぷしろん > 0たい十分じゅうぶんおおきな rたいしてつ。

まとめると:

増大ぞうだい係数けいすうとの関係かんけい
せい函数かんすう増大ぞうだいは、以下いか公式こうしき によってもとまり、またせい函数かんすうかた公式こうしき によって決定けっていできる[4]

円周えんしゅうじょう最大さいだいせい級数きゅうすう展開てんかい係数けいすうには関係かんけいがあることをたが、同様どうよう関係かんけいがたとえば函数かんすうのみにかんしてどのようになるかをうことができる。この関係かんけい一般いっぱんにはボレル-カラテオドリの補題ほだいフランス語ふらんすごばんによってあたえられる。それもまたしるべ函数かんすう評価ひょうかかんがえるものである:

定理ていり (Borel–Carathéodory)
函数かんすう f(z)原点げんてん中心ちゅうしん半径はんけい R の閉球体きゅうたい B(0, R) において解析かいせきてきとし、その半径はんけい r円上えんじょうでとる最大さいだいA(r) とすると、r(0, R)たいして、以下いか不等式ふとうしき る。また A(R) ≥ 0 ならば る。

せい函数かんすうしるべ函数かんすうはそのせい級数きゅうすう形式けいしき微分びぶんによってられる。コーシー–アダマールの公式こうしき適用てきようすると、せい函数かんすうしるべ函数かんすうもまたせい函数かんすうになることがかる。しるべ函数かんすう増大ぞうだいがどうなるかといういが自然しぜんしょうじるが、その増大ぞうだい上記じょうき公式こうしきによって計算けいさんできて、以下いかのことがしめされる:

命題めいだい
せい函数かんすうしるべ函数かんすう増大ぞうだいはもとのせい函数かんすう増大ぞうだいひとしい。

またせい函数かんすう無限むげんかい微分びぶん可能かのうであるから、任意にんい階数かいすうしるべ函数かんすうについても増大ぞうだいはすべてひとしい。

せい函数かんすう増大ぞうだいをよりこまかく比較ひかくするために、定義ていぎされるしたぞう大度たいど (inferior order) をかんがえる。

命題めいだい
せい函数かんすうしるべ函数かんすうしたぞう大度たいどは、もとのせい函数かんすうしたぞう大度たいどひとしい。

しめされるが、これではまだ十分じゅうぶん精密せいみつではない。有限ゆうげんぞう大度たいど ρろーせい函数かんすう fたいして、函数かんすう ρろー(r)存在そんざいして、以下いか性質せいしつ

  • ρろー(r)定義ていぎされて連続れんぞくかくてんにおいてひだりおよびみぎ微分びぶん可能かのうである;

たすとき、f精密せいみつぞう大度たいど (precise order) L定義ていぎされる。(※校正こうせい意見いけん精密せいみつぞう大度たいど L の定義ていぎ不明ふめいである。)

エミール・ボレルは、自身じしんせい函数かんすう研究けんきゅうにおいて、せい函数かんすう増大ぞうだいあたえることにより、せい函数かんすう通常つうじょう増大ぞうだい (regular growth) を定義ていぎした。定義ていぎにより、これはうえぞう大度たいどしたぞう大度たいど一致いっちするときのそのであり、函数かんすう通常つうじょう増大ぞうだいとはそのような増大ぞうだいつという意味いみう。

せい函数かんすう f増大ぞうだい ρろー となるための必要ひつようじゅうふん条件じょうけんは、その通常つうじょう増大ぞうだい十分じゅうぶんおおきな n任意にんいεいぷしろん > 0たいして たし、かつ整数せいすうれつ np存在そんざいして および とともにつことである。

有限ゆうげんぞう大度たいどせい函数かんすう因数いんすう分解ぶんかい[編集へんしゅう]

ヴァイヤシュトラスは有限ゆうげんぞう大度たいど ρろー任意にんいせい函数かんすう fたいし、f複素数ふくそすう an ≠ 0れいにならないとすれば、次数じすう高々たかだか ρろー である多項式たこうしき P(s)整数せいすう mρろー存在そんざいして、けることをしめした。ただし、 である。因子いんし sp は、函数かんすう原点げんてん 0すう pれいてんつことに対応たいおうするものである。

ブートルー–カルタンの定理ていりせい函数かんすう研究けんきゅうにおいて頻繁ひんぱんもちいられる結果けっかべる。問題もんだいせき れいてん近傍きんぼうそとにおいて評価ひょうかすることである。いま n既知きち仮定かていする。

定理ていり (Boutroux–Cartan)
任意にんい実数じっすう H > 0たいし、半径はんけい高々たかだか 2H となる n えん外側そとがわつ。

テイラー級数きゅうすう最大さいだいこう[編集へんしゅう]

f(s) ≔ ∑
n=0
ansn
せい函数かんすうとする。数列すうれつ |a0|, |a1|r, |a2|r2, … はある番号ばんごう以降いこう単調たんちょう減少げんしょうして、rらず 0収束しゅうそくする。したがって、かく rたいしほかのすべてのこう以上いじょうこう存在そんざいするから、そのB(r), そのをとる(複数ふくすうあるならば最大さいだいの)こう番号ばんごうμみゅー(r)けば、B(r)rかんして単調たんちょう増大ぞうだい無限むげんだい発散はっさんし、コーシーの不等式ふとうしきにより B(r) < M(r)つから

命題めいだい
番号ばんごう μみゅー(r)r単調たんちょう減少げんしょう函数かんすうで、r とともに無限むげんだい発散はっさんする。

みっつの函数かんすう B(r), M(r), μみゅー(r)あいだには、ふたつの不等式ふとうしき 成立せいりつする。さらにこの不等式ふとうしきから、

命題めいだい
有限ゆうげんぞう大度たいどせい函数かんすうたいして、ふたつの函数かんすう ln B(r), ln M(r)漸近ぜんきんてきひとしい。

える。すると μみゅー(r)かんして

命題めいだい
有限ゆうげんぞう大度たいど ρろー および精密せいみつぞう大度たいど ρろー(r)完全かんぜん正則せいそくせい函数かんすうたいし、μみゅー(r) ≈ ρろー⋅rρろー(r) となる

ことをる。一般いっぱん公式こうしき つ。

分布ぶんぷ[編集へんしゅう]

せい函数かんすう分布ぶんぷかんしてもっとふか結果けっかピカールのしょう定理ていりで、「定数ていすうでないせい函数かんすう高々たかだかひとつの例外れいがいのぞいてすべての複素数ふくそすうとしてとる」ことをべる(このとき、とらない存在そんざいすればそれを「ピカールの例外れいがい」としょうする)。より精確せいかく結果けっかは(先述せんじゅつかずあたえられた複素数ふくそすう絶対ぜったいうえからおさえることにより)函数かんすう増大ぞうだい依存いぞんする。

整数せいすうぞう大度たいど場合ばあい
増大ぞうだい整数せいすうでない場合ばあいは、ピカールのしょう定理ていりにおける例外れいがいつことはできない。すなわち、そのようなせい函数かんすうxらずに方程式ほうていしき f(s) = x無限むげんかいつ。とくに、

増大ぞうだい整数せいすうでない任意にんいせい函数かんすう無限むげんれいてんゆるす。

整数せいすうぞう大度たいど場合ばあい
増大ぞうだい整数せいすう場合ばあいには、ピカールの例外れいがい存在そんざいしうる。そのような場合ばあい詳細しょうさいはエミール・ボレルにより

方程式ほうていしき f(s) = x絶対ぜったいr よりちいさいかず n(x, r)xこうひとつの例外れいがいとして ln M(r)おおきさよりちいさい増大ぞうだいつ。

れいてん有限ゆうげんかつ多項式たこうしき還元かんげんできない整数せいすうぞう大度たいどせい函数かんすう存在そんざいすることがしめせるが、そのような場合ばあい増大ぞうだい奇数きすうの偶整函数かんすうたいしてはこらない。(校正こうせい意見いけん:この最後さいごぶん数学すうがくてき論理ろんりがおかしい。)

せい函数かんすうかく
命題めいだい
増大ぞうだい ρろー > 1/2せい函数かんすうπぱい(2 − 1/ρろー) よりおおきい角度かくど任意にんいかくにおいて増大ぞうだい ρろー である。

フランスの数学すうがくしゃ Milloux は1924ねん受理じゅりされた修士しゅうし論文ろんぶんにおいて、「充填じゅうてんえん」(cercles de remplissages) とばれる特定とくていえん定義ていぎした。それは以下いかのようなかたちべられる:

定理ていり (Milloux)
f(z)せい函数かんすう1 > εいぷしろん >0のぞむだけちいさいとして、 および く。ここで r十分じゅうぶんおおきく 成立せいりつするようにとると、f(z)以下いかふたつの性質せいしつのうちひとつを満足まんぞくする:
  • 中央ちゅうおう円周えんしゅう|z| = rはば πぱいr/q(r)たまかんむりにおいて、不等式ふとうしき つ;
  • 中心ちゅうしん円周えんしゅう |z| = r うえにある半径はんけい 8πぱいr/q(r)えん(これを充填じゅうてんえんぶ)がすくなくともひと存在そんざいして、その円上えんじょう函数かんすう f(z)絶対ぜったい A(r) 以下いかひとつの a(r)近傍きんぼうのぞいてすべてとる。この近傍きんぼうa(r)中心ちゅうしんとする半径はんけい 2/A(r)えんふくまれる。

この充填じゅうてんえん方程式ほうていしき f(z) = aかい決定けってい有用ゆうようである。

れいてん[編集へんしゅう]

せい函数かんすう補間ほかん
せい函数かんすう増大ぞうだい制約せいやくもうけないならば、そのせい函数かんすう集積しゅうせきてんたない集合しゅうごうたとえば整数せいすう全体ぜんたい集合しゅうごうU うえ任意にんい固定こていしたをとることができる。いいかえれば、(an)nNさわフランス語ふらんすごばんたない複素数ふくそすうたん数列すうれつで、(zn)nN任意にんい複素ふくそ数列すうれつとすれば、せい函数かんすう f存在そんざいして f(an) = zn (∀nN) とできる。

この結果けっかは、ラグランジュ補間ほかん類似るいじであり、ヴァイヤシュトラスの因数いんすう分解ぶんかい定理ていりおよびミッタク=レフラーの定理ていり帰結きけつである[5](th. 15.15, p. 286–287.)。さらにえば、そのような函数かんすうふたつのU うええているせい函数かんすうとなり、以下いか段落だんらく定理ていり適用てきようすることができる。

定理ていり
複素ふくそ変数へんすう s函数かんすう f級数きゅうすう f(s) ≔ ∑
n
fn(s)
定義ていぎし、それが絶対ぜったい収束しゅうそくであると仮定かていする。Rnうごかすとき fn(s)引数ひきすう変動へんどうπぱい よりちいさいような複素数ふくそすう平面へいめんじょう領域りょういきとすれば、函数かんすう f はその領域りょういき R外側そとがわでのみえる。

代数だいすうがく基本きほん定理ていり帰結きけつとして次数じすう n多項式たこうしき複素ふくそ平面へいめん C においてちょうど n れいてんつから、多項式たこうしきれいてんおおつとそれだけ増大ぞうだいもよりはやくなる。このことはせい函数かんすうにおいても同様どうようであるが、より複雑ふくざつである。せい函数かんすう増大ぞうだいれいてん分布ぶんぷあいだ関係かんけいとして

定理ていり
有限ゆうげんぞう大度たいど ρろー および精密せいみつぞう大度たいど ρろー(r)函数かんすうが、絶対ぜったい r 以下いかれいてんn(r) つとすれば、不等式ふとうしき

は、せい函数かんすうろんしゅ定理ていりひとつにげられる。

イェンゼンの公式こうしきは、それをべなくとも、せい函数かんすうろん一部いちぶすものである。それはたとえばグリーンの公式こうしきからしめされる。

あたえられた函数かんすうakれいてんち、r < ρろーえんばんじょうきょくたないとして、xreiφふぁい とおくと つ。これをポワソン–イェンゼンの公式こうしきという。ここからイェンゼンの公式こうしき:

命題めいだい (Jensen)
解析かいせき函数かんすう fえんばん |z| < r内部ないぶれいてん a1, a2, …, anつならば つ。

みちびかれる。この公式こうしきにより、れいてん個数こすうせい函数かんすう増大ぞうだいむすびつけることが可能かのうである。すなわち、f(s)せい函数かんすうで、その任意にんいれいてん ak半径はんけい rえんいたないふくまれるとき、絶対ぜったいx 以下いかれいてん個数こすうn(x)けば、ち、したがって 0 においてれいせい函数かんすうたいして、イェンゼンの公式こうしきかたちあたえることができる。有限ゆうげんぞう大度たいど ρろーせい函数かんすうたいしては n(r) < rρろー+εいぷしろんしめせる。

級数きゅうすう τたう > ρろーたいして収束しゅうそくし、この級数きゅうすう収束しゅうそくするような最小さいしょうτたうを、これられいてんれつの(ボレルの)じつすう (ordre réel) または収束しゅうそくべきすう (exposant de convergence) とう。そのとき以下いかのボレルの定理ていりつ:

定理ていり (Borel)
せい函数かんすうれいてんれつ収束しゅうそくべきすうはそのせい函数かんすう増大ぞうだい以上いじょうである。

たねすう[編集へんしゅう]

せい函数かんすう fたねすう p であるとは、ラゲールによれば、それが または かたちけて、かつ p − 1たいしては同様どうようかたちけない場合ばあいであることをう。ただし、Q次数じすう高々たかだか p多項式たこうしきであり、P任意にんい多項式たこうしきであり、無限むげんせきはヴァイヤシュトラスのせきであるとする。

収束しゅうそくべきすううえからおさえる最小さいしょう整数せいすう函数かんすうの「たねすう」とばれる。

たねすうはラゲールの公式こうしきによって決定けっていできる:

定理ていり (Laguerre)
せい函数かんすう fたねすう n であるための必要ひつようじゅうふん条件じょうけん|s|無限むげんだいばす極限きょくげん一様いちよう0収束しゅうそくすることである。

たねすう概念がいねん注意深ちゅういぶかくなりすぎる必要ひつようはない。リンデレーフは函数かんすう 増大ぞうだい 1 かつたねすう 0 だが、f(z) − 1たねすう 1 となることをしめした。同様どうようf(z) + f(−z)たねすう 1 だが f′(z)たねすう 0 となる。しかしヴァリロンは以下いか定理ていり証明しょうめいした:

定理ていり (Valiron)
fたねすう n函数かんすうであるとき、高々たかだかひとつののぞ任意にんいaたいして、函数かんすう fa は、やはりたねすう n である。

Dans ses investigations sur les fonctions entières à la suite du mémoire fondateur de Weierstrass, エドモン・ラゲール英語えいごばん

定理ていり (Laguerre)
せい函数かんすう f任意にんいじつ引数ひきすうにおいてれいてんち、そのしるべ函数かんすうもそうであるならば、fたねすう0 または 1 である

ことをしめした。(※校正こうせい意見いけん、この定理ていり(Laguerre)の記述きじゅつ意味いみ不明ふめいである)

漸近ぜんきん[編集へんしゅう]

定数ていすうでないせい函数かんすうが、適当てきとう領域りょういきにおいて有限ゆうげん漸近ぜんきんをもつことがあるか、つね有限ゆうげん極限きょくげんつかのいずれであるか」を問題もんだいにすることができる。リウヴィルの定理ていりにより、任意にんい方向ほうこうにおいて有限ゆうげん漸近ぜんきんつということが不可能ふかのうであることは既知きちである。 f漸近ぜんきんゆるすとは、適当てきとう方向ほうこう経路けいろ存在そんざいして s がその経路けいろ沿って無限むげんだい発散はっさんするとき f(s) a収束しゅうそくするときにう(そのような経路けいろは「a決定けってい」(chemin de détermination a) とぶ)。したがって定数ていすうでない任意にんいせい函数かんすうは、すくなくともひと決定けっていつ。

増大ぞうだい1/2 よりちいさいせい函数かんすう fたいしては、原点げんてん中心ちゅうしんかつ半径はんけいかぎりなくおおきくなる無限むげんえん存在そんざいして、そのうえでの f最小さいしょう絶対ぜったい無限むげんだい発散はっさんする。したがって、増大ぞうだい1/2 よりちいさいせい函数かんすうたいしては、有限ゆうげん漸近ぜんきん存在そんざいしない。じつはワイマンは以下いか定理ていりしめした:

定理ていり (Wiman)
増大ぞうだい ρろー < 1/2 かつ精密せいみつぞう大度たいど ρろー(r)せい函数かんすう fたいして、εいぷしろん > 0任意にんいとして、不等式ふとうしき が、無限むげんだい発散はっさんするはん直線ちょくせん沿って分布ぶんぷする無限むげん円上えんじょうつ。したがって、それらの円上えんじょう である。

いま、せい函数かんすうふたつの a, b決定けっていつとすれば、それらふたつの決定けっていはさまれた領域りょういき決定けってい存在そんざいするか、あるいは a = b であってふたつの決定けっていはさまれた無限むげんだいかう任意にんい経路けいろa(したがって b)の決定けっていとなる。

ダンジョワは有限ゆうげんぞう大度たいど ρろーせい函数かんすう高々たかだか 2ρろー 漸近ぜんきんつと予想よそうした。この予想よそうアールフォルスの定理ていり英語えいごばんとなった。

したがって、0 から無限むげんだいむすことなる漸近ぜんきんみちび直線ちょくせんρろー ほんよりもおお存在そんざいすることは不可能ふかのうである。結果けっかとしてそのような直線ちょくせんのなすかくπぱい/ρろー 以上いじょうである。

フラグメン–リンデレーフの指示しじ函数かんすう[編集へんしゅう]

有限ゆうげんぞう大度たいどせい函数かんすう増大ぞうだい ρろー定義ていぎとフラグメン–リンデレーフの原理げんり示唆しさするところにより、ひとつのはん直線ちょくせんじょう増大ぞうだいはその近傍きんぼうにある直線ちょくせんじょうのそれに影響えいきょうされるのだから、函数かんすう 調しらべることには意義いぎがある。この函数かんすう h(θしーた)フラグメン–リンデレーフの指示しじ函数かんすうぶ。この函数かんすう周期しゅうき2πぱい周期しゅうき函数かんすうで、じつ数値すうち以外いがい−∞ または +∞としてりうる。これにかんして

f増大ぞうだい ρろーせい函数かんすうで、h(θしーた)上記じょうき指示しじ函数かんすうとする。h が閉区あいだ [a, b] うえ有限ゆうげんならば、任意にんいεいぷしろん0たいr0 = r0(εいぷしろん)存在そんざいして、r > r0 ならばかなら(a, b)任意にんいしょう区間くかんかんして一様いちようつ。

える。したがっておな仮定かていのもとで

h(θしーた) > 0 となる任意にんいしょう区間くかんπぱい/ρろー よりおおきいながさをち、h(θしーた) < 0 となる任意にんいしょう区間くかんながさは πぱい/ρろー 以下いかである。さらにえば、h(θしーた) < 0 となる任意にんいしょう区間くかんh(θしーた) = 0 なるてんh(θしーた) > 0 となる任意にんい区間くかんからられる。

せい函数かんすう可算かさん集合しゅうごうじょうでとるから一意いちい決定けっていされることが保証ほしょうされる条件じょうけんはあるか」といういは自然しぜんである。集合しゅうごうをこのように制限せいげんしない場合ばあいには、このいはアプリオリ否決ひけつされるものとおもわれ、実際じっさいりたないことがしめせる。このたねいにおいて、カールソンの結果けっかは tout un pan de recherche に起源きげんつ。それは以下いかのようにべられる:

定理ていり (Carlson)
増大ぞうだい 1 かつかた σしぐまf < πぱいせい函数かんすう fn = 1, 2, …たいするはこ数値すうち f(n) によって完全かんぜん決定けっていされる。さらにえば、かたln 2 よりもしんちいさいならば ける。

証明しょうめいにはフラグメン–リンデレーフの指示しじ函数かんすうもちいる。

ポーヤの定理ていり[編集へんしゅう]

せい函数かんすう適当てきとう集合しゅうごうじょう整数せいすうをとるという条件じょうけんは、その増大ぞうだい制限せいげんす。Pólya (1915)[6]たとえば以下いか定理ていり証明しょうめいした:

定理ていり (Pólya)
f非負ひふ整数せいすう全体ぜんたい集合しゅうごうじょう整数せいすうをとるせい函数かんすうとする。 ならば f多項式たこうしきである。

いかえれば、自然しぜんすう全体ぜんたい集合しゅうごうじょう整数せいすうをとる多項式たこうしきでないせい函数かんすうとして(増大ぞうだい意味いみで)最小さいしょうのものは、函数かんすう 2s である。

この結果けっか幾何きか数列すうれつじょう整数せいすうをとるせい函数かんすうたいするものに一般いっぱんできる。

クラフト–ブルメンタール理論りろん[編集へんしゅう]

増大ぞうだい有限ゆうげんでないせい函数かんすう無限むげんぞう大度たいどであるという。有限ゆうげんぞう大度たいど ρろー場合ばあいには、エミール・ボレルにより「そのうえ増大ぞうだいexp(rρろー) となる半径はんけい rえん無限むげん存在そんざいするならば、それら以外いがい無限むげん円上えんじょう増大ぞうだいいちじるしくひくくなることがこりる」(そのようなせい函数かんすう異常いじょう増大ぞうだい (irregular growth) であるという)という言及げんきゅうがかなりはや時期じきあたえられているが、おな現象げんしょう無限むげんぞう大度たいど場合ばあいにも存在そんざいする。

そのような理論りろんは、せい函数かんすうかた存在そんざい公式こうしき したがってあたえられる増大ぞうだい ρろー = ρろー(r)もとづく。

せい函数かんすうろん応用おうよう[編集へんしゅう]

せい函数かんすうろんは、リウヴィルの定理ていりにより、代数だいすうがく基本きほん定理ていりのシンプルでエレガントな証明しょうめい可能かのうにする。

増大ぞうだい整数せいすうでないせい函数かんすう無限むげんれいてんつという性質せいしつにより、リーマンゼータ函数かんすう0 < ℜe(z) < 1無限むげんれいてんつことの証明しょうめいにもせい函数かんすうろんはあらわれる。

ふたつのせい函数かんすうしょうである有理ゆうりがた函数かんすう研究けんきゅうにもせい函数かんすうろん応用おうようされる。有理ゆうりがた函数かんすうはさまざまな微分びぶん方程式ほうていしきかんする問題もんだい自然しぜんにあらわれる。

せい函数かんすう有理ゆうりがた函数かんすうたいする方法ほうほうろんは、より複雑ふくざつな(複数ふくすう変数へんすうなどにかんする……)解析かいせき函数かんすう研究けんきゅうたいする重要じゅうよう示唆しさ直観ちょっかんみなもとあたえるものでもある。

ちゅう[編集へんしゅう]

注釈ちゅうしゃく[編集へんしゅう]

  1. ^ superior はうえ極限きょくげん limsup をることに由来ゆらいする。すぐうしろ極限きょくげん対応たいおうするしたぞう大度たいどなども定義ていぎする

出典しゅってん[編集へんしゅう]

  1. ^ Hadamard, Jacques (1892), “Étude sur les propriétés des fonctions entières et en particulier sur une fonction considérée par Riemann”, Journal de mathématiques pures et appliquées 9 
  2. ^ Carleman, Torsten, Sur un théorème de Weierstrass, http://www.math.technion.ac.il/hat/fpapers/car1.pdf 
  3. ^ たとえば Kaplan, Wilfred, Approximation par des fonctions entières, http://projecteuclid.org/download/pdf_1/euclid.mmj/1031710533 
  4. ^ Boas 1954, p. 11.
  5. ^ Rudin, Walter, Real and complex analysis [よう文献ぶんけん特定とくてい詳細しょうさい情報じょうほう]
  6. ^ Pólya, Georg (1915), “Über ganzwertige ganze Funktionen”, Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo 40: 1–16, doi:10.1007/BF03014836, ISSN 0009-725X, http://www.springerlink.com/content/7q0r434816514656/ 

参考さんこう文献ぶんけん[編集へんしゅう]

関連かんれん文献ぶんけん[編集へんしゅう]

外部がいぶリンク[編集へんしゅう]