Matemáticas · Glosario

¿Qué es Índice de un camino?

También llamado: número de vueltas · índice

Definición 16.6 Matemáticas universitarias — Grado 3 · Capítulo 16 — Funciones holomorfas

Para un camino cerrado γ\gamma y zimγz \notin \operatorname{im}\gamma, el índice es

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

Es un entero: poniendo φ(t)=atγ(s)γ(s)z ⁣ds\varphi(t) = \int_a^t\frac{\gamma'(s)}{\gamma(s) - z}\dd s, la función (γ(t)z)eφ(t)(\gamma(t) - z)\eu^{-\varphi(t)} tiene derivada nula (a trozos), luego es constante; en t=bt = b, eφ(b)=γ(b)zγ(a)z=1\eu^{\varphi(b)} = \frac{\gamma(b) - z}{\gamma(a) - z} = 1, de modo que φ(b)2iπZ\varphi(b) \in 2\iu\pi\Z. Como función de zz, el índice es continuo en Cimγ\C\setminus\operatorname{im}\gamma (convergencia dominada), luego constante en cada componente conexa, y 00 en la componente no acotada (ML: la integral tiende a 00 cuando zz \to \infty). Para la circunferencia γ(t)=a+reit\gamma(t) = a + r\eu^{\iu t}, t[0,2π]t \in \intcc0{2\pi}: Indγ(z)=1\operatorname{Ind}_\gamma(z) = 1 para zD(a,r)z \in D(a,r) (calcúlese en 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; la constancia hace el resto).

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Definición 21.25 Matemáticas universitarias — Grado 3 · Capítulo 21 — Formas diferenciales y teorema de Stokes

Sea γ ⁣:[0,1]R2{a}\gamma\colon\intcc01\to\R^2\setminus\{a\} una curva cerrada regular. Su índice alrededor de aa es

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} .

Ejemplos

Ejemplo 21.14 (La forma angular)

En 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}

es cerrada (cálculo directo: el Ejercicio 21.4) pero no exacta: su integral a lo largo de la circunferencia unidad vale 2π02\pi \neq 0, mientras que las integrales de formas exactas a lo largo de curvas cerradas se anulan (la Proposición 21.28). Localmente, ωθ= ⁣dθ\omega_\theta = \dd\theta para cualquier determinación regular θ\theta del ángulo polar — de ahí el nombre y la obstrucción: no existe tal determinación en todo UU. Esta única forma gobierna el índice (la Sección 21.6) y, a través de él, el teorema de los residuos del Capítulo 17.

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