这里有几个概念:
无穷阶可导函数
泰勒公式
解析函数
泰勒展开
思维的火花瞬间将这几个概念联系起来了,于是窥见了精彩的一幕。
很久以前,就对导数的意义感兴趣
一阶导数是切线,是增减性,是速度
二阶导数是凹凸性,是曲率,是加速度
三阶导数是挠度,是加加速度
之后就很难定义其几何或物理意义了。
可是,泰勒公式是与无穷阶导数想联系的
他告诉我们只要知道一点处足够高阶的导数,就可以将整个函数画出来。
那时,就幻想着这样的哲学问题。部分等于整体。那个想法驱使着我去寻找答案,可是一直求之不得,只得搁置。
但是,现在,我找到了这个联系,经过这么多年的学习后。
在不知第几次翻看复变函数,希望得到深刻理解,希望看到物理的或是几何的图景。
终于,看到了那一丝亮光,几年努力也算是有了结果。
下面就来说明这一想法
解析函数就是无穷阶可导函数
虽然一个是复数中的概念,一个是实数中的,但是由柯西积分公式,高阶导数公式,可以知道解析函数的导数依然是解析函数,也就意味着他是无穷阶可导的函数。
之后的定理则从理论上说明了部分等于整体的奇妙景象。
解析函数唯一性定理
只要一个解析函数在某点及其邻域内是已知的,那么,他就在整个复平面上是已知的,并且他的表示形式是唯一的。
所以将它运用到实数域中去,得到无穷阶可导函数,只要知道他在一点的任意阶导数,那么就可以确定他在整个实数轴上的图像。
于是,实数与复数之间的桥梁就建成了,一些在实数范围内成立的泰勒公式可以直接运用到复数域内,只要这个实变函数在复数域内解析。这也是为什么那些泰勒展开是如此的一致,似乎与数域没有关系。
并且,经由这个定理,还可以得到解析延拓的方法,在部分区域有定义的解析函数可以补充定义,得到复平面上的解析函数,并且表示形式唯一。
这就是解析函数最为奇妙的地方,复数不是实数的简单推广,他有些极为深刻的内容。
后记
我感到很高兴,可以在长时间努力之后解决自己提出的问题,这个问题一度是认为没有意义的,但是终于他是有意义的,而且有些很深的意义。大概这就是学习与探究的快乐。
更新
之前还是太年轻了,不过也充满探索精神。有时候知道多少都无所谓,缺的就是这一点好奇。
最近在看《数学分析原理》,谁曾想答案竟如此平凡。
解析函数定义为收敛圆内的幂级数,f:C-->R,属于所谓的复变实值函数。
幂级数在收敛圆内是绝对收敛的,于是可以逐项求导,幂级数可以看作是推广了的多项式,逐项求导之后还是收敛的,收敛于解析函数的导数,还是解析函数,于是逐项求导可以不断进行下去,也就有了任意阶导数。
与其说是无穷阶导数,不如说是任意阶导数更合适。
至于实数复数的问题,更像是函数与其限制的关系,在复数域上的解析函数才是完全体,实数域上的幂级数会出现许多奇怪的事情。
还有解析函数的唯一性定理,知道了一点的任意阶导数,其实就将该点邻域内的情况给确定了,至于为什么解析函数就是唯一的,还没去看证明,可能是待定系数法可数个条件,可数个系数,所以结果唯一?
泰勒公式更多的是一种逼近手段,用多项式逼近函数,泰勒公式的要求还蛮高的。由魏尔斯特拉斯逼近定理,只要是连续函数,就可以用多项式去任意逼近了。