الرياضيات · المسرد

ما معنى عدد اللف؟

تعريف 16.6 الرياضيات الجامعية — السنة 3 · الفصل 16 — الدوال الهولومورفية

من أجل مسار مغلق γ\gamma ومن أجل zimγz \notin \operatorname{im}\gamma، يكون الدليل

Indγ(z)=12iπγ ⁣dwwz.\operatorname{Ind}_\gamma(z) = \frac1{2\iu\pi} \int_\gamma\frac{\dd w}{w - z} .

وهو عدد صحيح: فبوضع φ(t)=atγ(s)γ(s)z ⁣ds\varphi(t) = \int_a^t\frac{\gamma'(s)}{\gamma(s) - z}\dd s، يكون للدالة (γ(t)z)eφ(t)(\gamma(t) - z)\eu^{-\varphi(t)} مشتقة معدومة (بالقطع)، ومنه فهي ثابتة؛ وعند t=bt = b يكون eφ(b)=γ(b)zγ(a)z=1\eu^{\varphi(b)} = \frac{\gamma(b) - z}{\gamma(a) - z} = 1، ومنه φ(b)2iπZ\varphi(b) \in 2\iu\pi\Z. وبوصفه دالةً في zz، يكون الدليل متصلًا على Cimγ\C\setminus\operatorname{im}\gamma (بالتقارب المهيمن)، ومنه ثابتًا على كل مركّبة مترابطة، ومعدومًا على المركّبة غير المحدودة (بمتراجحة MLML: إذ يؤول التكامل إلى 00 حين zz \to \infty). ومن أجل الدائرة γ(t)=a+reit\gamma(t) = a + r\eu^{\iu t}، t[0,2π]t \in \intcc0{2\pi}: أي Indγ(z)=1\operatorname{Ind}_\gamma(z) = 1 من أجل zD(a,r)z \in D(a,r) (بالحساب عند z=az = a: 12iπ02πrieitreit ⁣dt=1\frac1{2\iu\pi} \int_0^{2\pi}\frac{r\iu\eu^{\iu t}}{r\eu^{\iu t}}\dd t = 1؛ ويتكفّل الثبات بالباقي).

اقرأ في الفصل ←
تعريف 21.25 الرياضيات الجامعية — السنة 3 · الفصل 21 — الصيغ التفاضلية ومبرهنة ستوكس

ليكن γ ⁣:[0,1]R2{a}\gamma\colon\intcc01\to\R^2\setminus\{a\} منحنيًا مغلقًا ناعمًا. عدد اللف له حول aa هو

Indγ(a)=12πγωθa,ωθa=(xa1) ⁣dy(ya2) ⁣dx(xa1)2+(ya2)2.\operatorname{Ind}_\gamma(a) = \frac1{2\pi}\int_\gamma\omega_\theta^a, \qquad \omega_\theta^a = \frac{(x - a_1)\,\dd y - (y - a_2)\,\dd x}{(x - a_1)^2 + (y - a_2)^2} .

أمثلة

مثال 21.14 (الصيغة الزاوية)

على U=R2{0}U = \R^2 \setminus \{0\}،

ωθ=x ⁣dyy ⁣dxx2+y2\omega_\theta = \frac{x\,\dd y - y\,\dd x}{x^2 + y^2}

مغلقةٌ (بالحساب المباشر: التمرين 21.4) لكنها ليست تامة: إذ تكاملها على امتداد الدائرة الواحدية 2π02\pi \neq 0، بينما تنعدم تكاملات الصيغ التامة على امتداد المنحنيات المغلقة (القضية 21.28). ومحليًّا، ωθ= ⁣dθ\omega_\theta = \dd\theta من أجل أي تعيين ناعم θ\theta للزاوية القطبية — ومن هنا الاسم والعائق: إذ لا يوجد أي تعيين كهذا على UU كله. وتدير هذه الصيغة الواحدة عددَ اللف (القسم 21.6)، ومن خلاله مبرهنة البواقي في الفصل 17.

اقرأ في الفصل ←