设D是一区域,若属于D内任一简单
闭曲线的内部都属于D,则称D为单连通区域,单连通区域也可以这样描述:D内任一封闭曲线所围成的区域内只含有D中的点。更通俗地说,单连通区域是没有“洞”的区域。
基础知识
先介绍平面曲线的有关概念。
定义1 设平面曲线 ,其中 是实的
连续函数,那么曲线C就称为
连续曲线, 分别称为C的起点与终点,若在 上, 都连续且对每一个t,有 ,那么曲线C称为光滑曲线。由几段依次相接的光滑曲线所组成的曲线称为逐段光滑曲线。对于满足 的 与 ,当 且 成立时,点 称为曲线C的重点。没有重点的连续曲线C称为简单曲线或若尔当(Jardan)曲线。若简单曲线C的起点与终点重合,即 ,那么曲线C称为简单闭曲线。如图1所示。
任意一条简单闭曲线C把整个复平面唯一地分成三个互不相交的点集,其中除去C以外,一个是有界区域,称为C的内部,另一个是无界区域,称为C的外部,C为它们的公共边界,简单闭曲线的这一性质,其几何直观意义是很清楚的。
定义2 复平面上的一个区域D,如果在其中任作一条简单闭曲线,而曲线的内部总属于D,就称D为单连通区域(图2(a));一个区域如果不是单连通区域,就称为多连通区域(图2(b))。
一条简单闭曲线的内部是单连通区域(图2(a)),单连通区域D具有这样的特征:属于D的任何一条简单闭曲线,在D内可以经过连续的变形而缩成一点,而多连通区域就不具备这个特征。
单连通区域的一些性质
我们将概述单连通区域的一些性质,这些性质阐明它在
全纯函数理论中起着重要作用。在这些性质中,(a)和(b)称为的内
拓扑性质;(c)和(d)涉及嵌入s2内的方式;性质(e)到(h)按特征来说是分析性的;(i)是关于环的代数陈述。
定理1 对于一个平面区域,下面九个条件中的每一个蕴涵着其余的各个条件:
(a)同胚于开单位圆盘U;
(b)是单连通的;
(c)对内每一条闭路径和对每一个;
(d)是连通的;
(e)每一个能用多项式在的紧子集上一致逼近;
(f)对每一个和在内每一条闭路径,
(g)每一个对应一个,使得;
(h)如果且,则存在一个,使得
(i)如果且,则存在一个,使得。
定理2 如果,此处为平面内任意开集,且在内没有零点,则在内调和。
单连通区域内的柯西积分定理
定理3 设在z平面上的单连通区域D内解析,C为D内任意一条围线,则
推论1 设在单连通区域D内解析,C为D内任意一条闭曲线(C不必为简单闭曲线),则。
证明: 由于闭曲线C总可以看成区域D内有限条周线衔接而成。因此,由复积分的曲线可加性及定理2即可得结论。
推论2 设函数在单连通区域D内解析,则在D内的积分与路径无关,即对D内任意两点以及D内任意两条以为起点,为终点的路径和,总有