Matemáticas · Glosario

¿Qué es función holomorfa?

Definición 16.1 Matemáticas universitarias — Grado 3 · Capítulo 16 — Funciones holomorfas

f ⁣:ΩCf \colon \Omega \to \C es holomorfa en Ω\Omega si para todo z0Ωz_0 \in \Omega existe

f(z0)=limh0f(z0+h)f(z0)hf'(z_0) = \lim_{h\to0}\frac{f(z_0 + h) - f(z_0)}{h}

(hCh \in \C^*). Sumas, productos, cocientes (con denominador no nulo) y composiciones de funciones holomorfas son holomorfas, con las fórmulas habituales (las demostraciones de primer y segundo año valen palabra por palabra: solo usan operaciones de cuerpo y límites). H(Ω)\mathcal H(\Omega) denota el conjunto de las funciones holomorfas en Ω\Omega.

Ejemplos

Ejemplo 16.3

Los polinomios en zz, las funciones racionales fuera de sus polos y — por el teorema de derivación término a término de las series de potencias de segundo año, cuya demostración funciona idénticamente sobre C\C — toda suma de una serie de potencias an(za)n\sum a_n(z - a)^n dentro de su disco de convergencia: holomorfa, con derivada nan(za)n1\sum na_n(z - a)^{n-1} (mismo radio). En particular, expz=zn/n!\exp z = \sum z^n/n! es entera (holomorfa en C\C) con exp=exp\exp' = \exp. En cambio, zzˉz \mapsto \bar z, z\abs z y Rez\operatorname{Re}z no son holomorfas en ningún punto (Cauchy–Riemann falla en todas partes): la holomorfía es rigidez que conserva ángulos y orientación, no suavidad.

Ejemplo 16.11 (Las singularidades dictan los radios)

¿Por qué la inocente función real 11+x2\frac1{1 + x^2} tiene en x=3x = 3 una serie de Taylor que converge solo para x3<10\abs{x - 3} < \sqrt{10}, si nada va mal sobre la recta real? Porque el teorema anterior iguala el radio de convergencia en aa a la distancia de aa al punto más próximo donde falla la holomorfía. Aquí f(z)=11+z2f(z) = \frac1{1 + z^2} es holomorfa exactamente en C{±i}\C\setminus\{\pm\iu\}, de modo que el desarrollo en a=3a = 3 converge en el mayor disco que evita ±i\pm\iu, de radio 3i=10\abs{3 - \iu} = \sqrt{10} — y no puede converger en uno mayor, pues la suma extendería ff holomorfamente a un entorno de ±i\pm\iu, donde f\abs f \to \infty. La teoría real ve el misterioso radio 10\sqrt{10}; el plano complejo ve dos polos. Esta es la regla práctica: para hallar un radio de convergencia, localícense las singularidades — por ejemplo, la serie de Taylor de tan\tan en 00 tiene radio π2\frac\pi2 (ceros más próximos de cos\cos), y la función generatriz de Bernoulli zez1\frac z{\eu^z - 1} (el Problema 16.1, Parte VI) tiene radio 2π2\pi (ceros no nulos más próximos de ez1\eu^z - 1: ±2iπ\pm2\iu\pi).

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