美文网首页认识与看法
一些看法和认识,关于复变函数

一些看法和认识,关于复变函数

作者: Obj_Arr | 来源:发表于2020-09-13 13:35 被阅读0次

    不知道是多少次去看这书了,可惜每一次都不得不暂时放手,不能坚持看完。

    复变函数是很神奇的一个领域,总有人说它很简单,那估计是为了考试吧,因为相比于实数域内的函数及其微积分,复数域确实十分的神秘而微妙。

    复数的表示就是很奇怪的

    通常的数系的拓展不过是将点取得更密一些,从自然数,到整数,比例数,实数,它们的发展逃脱不出这个实数线,并没有本质的变化,但是,复数需要一个平面来表示,将数的维度由一维升为了二维,这是非常奇怪的事,但是又合情合理,既然实数可以把数从孤立的点拓展为连续的线,那复数将这条线给拓展为一个面又有什么不合适的呢?

    复数的运算

    然后是复数的代表运算,加法和乘法,加法是独立分量的运算,乘法也是独立分量的运算,但是它们采用的独立分量是不一致的,加法对应的是笛卡尔坐标的虚实轴,乘法对应的是极坐标的半径和角度,这两种坐标之间又具有联系,所以各自的独立性却导致了相互的联系性。这里,我感觉加法和乘法恐怕不是复数的本质运算,应该有某一种或几种更加精妙的运算可以实现真正的独立运算。就像张量之于具体坐标,一个是本质,一个是表象。显然,目前的加与乘是表象。

    其实,上面这个问题可能是比较深刻的,即使在整数范围内,加法和乘法是否就是真的独立的呢?这个问题与世界难题abc猜想有关。

    不过,这里更多的是关于二维数的问题,二维就应该可以表示为两个独立分量,就像向量一般,泾渭分明,互不干扰,但是,复数的乘法却在破坏这种独立性。虽然有人将复数的代数结构同构于二维对称矩阵的代数结构,不过,这真的是复数的本质吗?因为我并没有看相关的研究,所以也不能评价它的对错。假如真的是这样的同构,那估计也是局限在代数上,对于分析上的结果可能是无法继承的,不然的话,就产生了一个新的研究领域了。

    解析函数

    什么是解析函数,如何判断,这些问题看书就能知道了。但是,解析函数是什么呢?我们都知道,实变函数是一个图像,总可以实际的或者示意的画出来,称之为函数的图像。看到一个图像,可以很容易的得到很多信息,这个函数的许多性质都可以从图中不费力的得到。

    可是,复变函数画不出来,或者说很难在一幅图中画出来,有人采用模值与幅角的方法,模值为数值,幅角为颜色。实话说,这并不高明,而且很难去理解,颜色已经被附加上了特定含义,也就是等高线,用它去表示角度,实在是让人费解。但是把幅角作为数值就更让人难以理解了,因为它是一个周期量,表示在直线轴上更加难以理解了。

    就因为图像画不出来,就导致复变函数的许多性质变得难以理解。像是处处不解析的函数,这就像处处不可导的函数一样难以想象。甚至更加难以想象,即使是性质良好的解析函数,也有许多看起来很古怪的性质,平均值定理,解析函数在某点的值等于以他为圆心,任意圆周上的值的平均值,由此得到最大模定理,函数模值的最大值不会出现在区域中,而应该在区域的边界上。对于解析区域为整个复平面的整函数而言,意味着函数的最大模值一定出现在无穷远处。

    如果解析函数的图像可以画出,对于平均值定理而言,围绕任一点所做的一组同心圆看起来总是相对于圆心的值而振荡,对于圆心值的一个微小的修改都将导致无穷多的点随之变化。这是很神奇的事情,说明解析函数不可能对局部连续形变而其余部分保持不变,似乎暗示了解析函数保解析变换的依赖性和不连续性,就像量子化假设一般,只能取整体的某些分立值。

    最大模定理姑且还是可以画出的,因为只涉及到了模值,可以画成三维空间的曲面,也就是二元函数的图像。

    指数函数与正弦函数,都是整函数,所以模值最大点在无穷远。

    单奇点的解析函数,模值最大出现在奇点处,也就是解析域的边界上。

    至少在模值性质方面还是可以直观的看到。也算是一些安慰。

    为什么图像无法画出?复平面也不过是一个平面而已,即使再怎么弯曲,扭转,拉伸至少在三维空间中还是可以表示的。可惜,这样表示出的曲面只依赖于单个参数,复数有着两个参数,于是,就不得不加入时间维度,变为随时间变化的二维曲面。

    这其实也反映了复数强大的应用场景,表示一个时变的二维场。不管它是流场,电场,还是温度场。可是,总是还是让人遗憾的,如果现实是四维的就好了,那将会是多么精彩的世界。

    互相联系的微分与积分

    微积分互相联系是已经广为人知,所谓的牛顿莱布尼兹公式,高斯公式,斯托克斯定理或者说是外微分的斯托克斯公式,表现在物理中是区域无源漏的连续性方程。

    但是,解析函数给出了另一种联系,围绕某点的奇点积分,与该点的导数值的关系,这是更进一步的联系,毕竟前面的那些定理公式是绝不允许内部有奇点存在的。

    零点与奇点本身就是复变函数中占比极重的内容,失去了奇点,那整个理论就变得干瘪而无聊。无非就是实数理论的平凡推广罢了。正是奇点的存在使得它变得神秘而微妙。奇点是不符合定义的点,是无视规则的点,是规则的边界,也就是解析函数的边界。许许多多的定理都表明了,解析函数内部其实空空如也,没有什么出彩的定理,是一个完美而无趣的天堂。反而是边界上有些各种奇妙性质。像之前提及的平均值定理,最大模定理,还有柯西积分公式,洛朗级数。绕奇点转一圈和转很多圈可能有些本质区别,也可能没有区别,这就导致了奇点的分类。虚假的奇点,极点和本质奇点。

    神秘的奇点

    奇点,在我看来就是平整表面上的凹坑,光线照到凹坑之外的地方,得到的是完美的反射光,然而,一旦接近这些凹坑,反射光就变得弯曲起来,性质变得十分的奇怪,随着进一步接近,甚至于包围了这个凹坑,形成了一个光圈,解析函数和光毕竟还是有所差别的,但是当积分路径靠近奇点时就不得不避开他,变得弯曲,假使不小心包住了,那麻烦就大了,积分值就变得很奇怪,要么是增加了某个特定值的整数倍,要么直接变成了发散的结果。

    尽管,这些结果都可以通过理论得到一个数值上的原因,但这是远远不够的,数学如果不能应用于现实中,也只是一种美学,因人而异,而如果可以用来解释现实世界,就成为了强有力的逻辑支撑,以至于所有人都应该去理解它。

    现实中的奇点,最出名的就是宇宙中的黑洞,它破坏了整个宇宙的平整,还有许多其他的奇点,比如,水池中的漏孔,光滑表面上的凹坑,围绕着奇点总会出现旋转的现象,似乎有什么东西在源源不断的被吸入奇点中。这种说法也是很有道理的,一般来说,这个点总可以将东西全部吸入,然后随着物质的消失而隐匿起来,不过,如果物质在不断的得到补充,那就能维持着微妙的平衡,复变函数中的奇点就是这种维持着的奇点,它不会把函数值吸进去,而仅仅保持着自身的存在。

    从这个角度看的话,奇点就是一个漏孔,围绕这个漏孔会导致一个旋量,这个旋量才是导致积分值变化的元凶。不过,这样一来奇点就变得不够神秘了,变成了一个随处可见的存在,就像随处可见的漩涡一样。不过,本来就是一个普遍存在的东西,不过人们总是忽略它罢了。

    相关文章

      网友评论

        本文标题:一些看法和认识,关于复变函数

        本文链接:https://www.haomeiwen.com/subject/vlenektx.html