5.4

Принцип максимума модуля и принцип аргумента

[23/100%]
Показать
LaTeX
Задача 5.4.1

Пусть a∈Ca \in \mathbb {C}, ∣a∣≤1\left|a\right| \leq 1, и рассмотрим многочлен

P(z)=a2+(1−∣a∣2)z−aˉ2z2. P(z) = \frac a2 + (1-\left|a\right|^2) z - \frac{\bar a}2 z^2.

Покажите, что ∣P(z)∣≤1\left|P(z)\right| \leq 1 при ∣z∣≤1\left|z\right| \leq 1.

?
Задача 5.4.2

Пусть ff голоморфна в единичном круге {∣z∣<1}\left\{ \left|z\right| < 1\right\}, непрерывна в {∣z∣≤1}\left\{ \left|z\right| \leq 1\right\}, и ∣f(z)∣=1\left|f(z)\right| = 1 при ∣z∣=1\left|z\right| = 1. Докажите, что ff — рациональная функция.

?
Задача 5.4.3

Пусть ff — непрерывная функция на U={z:∣z∣≤1}U = \left\{ z : \left|z\right| \leq 1\right\}, аналитическая в U∘U^\circ. Если f≡1f \equiv 1 на полуокружности γ={eiθ:0≤θ≤π}\gamma = \left\{ e^{i\theta } : 0 \leq \theta \leq \pi \right\}, докажите, что f≡1f \equiv 1 всюду в UU.

?
Задача 5.4.4

Пусть SS обозначает сектор на комплексной плоскости, заданный как S={z:−π4<arg⁡z<π4}S = \left\{ z : -\frac\pi 4 < \arg z < \frac\pi 4\right\}. Пусть \closureS\closure S обозначает замыкание SS. Пусть ff — непрерывная комплексная функция на \closureS\closure S, голоморфная в SS. Предположим далее

  1. ∣f(z)∣≤1\left|f(z)\right| \leq 1 для всех zz на границе SS;

  2. ∣f(x+iy)∣≤eεx\left|f(x+iy)\right| \leq e^{\varepsilon x} для всех x+iy∈Sx+iy \in S. Докажите, что ∣f(z)∣≤1\left|f(z)\right| \leq 1 для всех z∈Sz \in S.

?
Задача 5.4.5

Пусть KK — компактное связное подмножество C\mathbb {C}, содержащее более одной точки, и пусть ff — взаимно однозначное конформное отображение C∖K\mathbb {C} \setminus K на Δ={z:∣z∣<1}\Delta = \left\{ z : \left|z\right| < 1\right\} с f(∞)=0f(\infty ) = 0. Если pp — многочлен степени nn, такой что ∣p(z)∣≤1\left|p(z)\right| \leq 1 при z∈Kz \in K, докажите, что

∣p(z)∣≤∣f(z)∣−nпри z∈C∖K. \left|p(z)\right| \leq \left|f(z)\right|^{-n} \quad \text{при } z \in \mathbb {C} \setminus K.
?
Задача 5.4.6

Пусть ff и gg (непостоянные функции) аналитичны в области GG и непрерывны на замыкании \closureG\closure G области. Пусть \closureG\closure G компактно. Докажите, что ∣f∣+∣g∣\left|f\right| + \left|g\right| достигает своего максимального значения на границе GG.

?
Задача 5.4.7

Пусть f(z)f(z) — целая функция с

∣f(z)∣≤1∣\rez∣,для всех z с \rez≠0. \left|f(z)\right| \leq \frac{1}{\left|\re z\right|}, \qquad \text{для всех } z \text{ с } \re z \neq 0.

Покажите, что f(z)f(z) тождественно равна 00.

?
Задача 5.4.8

Пусть ff аналитична на {z;0<∣z∣<1}\left\{ z; 0 < \left|z\right| < 1\right\} и

∣f(z)∣≤log⁡1∣z∣. \left|f(z)\right| \leq \log \frac{1}{\left|z\right|}.

Покажите, что f≡0f \equiv 0.

?
Задача 5.4.9

Пусть ff — аналитическая функция на D={z:∣z∣<1}D = \left\{ z : \left|z\right| < 1\right\}, f(D)⊂Df(D) \subset D и f(0)=0f(0) = 0.

?
(a)

Докажите, что ∣f(z)+f(−z)∣≤2∣z∣2\left|f(z) + f(-z)\right| \leq 2\left|z\right|^2 для всех zz в DD, и если равенство достигается для некоторого ненулевого zz в DD, то f(z)=eiαz2f(z) = e^{i\alpha } z^2.

(b)

Докажите, что

∣∫−11f(x) dx∣≤23. \left|\int _{-1}^{1} f(x)\, dx\right| \leq \frac23.
Задача 5.4.10

Если ff аналитична и ∣f(z)∣≤1\left|f(z)\right| \leq 1 на {z:∣z∣<1}\left\{ z : \left|z\right| < 1\right\}, докажите, что f(z)f(z) имеет неподвижную точку.

?
Задача 5.4.11

Пусть f(z)=z+e−zf(z) = z + e^{-z}, A>1A > 1. Докажите или опровергните: f(z)f(z) принимает значение AA ровно один раз в правой полуплоскости. Если ответ положительный, обязательно ли эта точка вещественна? Обоснуйте.

?
Задача 5.4.12

Пусть ff аналитична в области, содержащей замкнутый единичный круг {z:∣z∣≤1}\left\{ z : \left|z\right| \leq 1\right\}. Пусть ff не обращается в нуль на единичной окружности {∣z∣=1}\left\{ \left|z\right| = 1\right\}. Пусть CC обозначает единичную окружность, проходимую против часовой стрелки. Предположим, что

12πi∫Czf′(z)f(z) dz=2. \frac{1}{2\pi i} \int _C \frac{zf'(z)}{f(z)}\, dz = 2.

Найдите расположение нулей ff в открытом единичном круге {z:∣z∣<1}\left\{ z : \left|z\right| < 1\right\}.

?
Задача 5.4.13
?
(a)

Сколько корней имеет уравнение

z4+z+5=0 z^4 + z + 5 = 0

в первой четверти?

(b)

Сколько из них имеют аргумент между π4\frac\pi 4 и π2\frac\pi 2?

Задача 5.4.14

Докажите, что уравнение sin⁡z=z\sin z = z имеет бесконечно много решений в C\mathbb {C}.

?
Задача 5.4.15
?
(a)

Пусть ff — непостоянная аналитическая функция в кольце {1<∣z∣<2}\left\{ 1 < \left|z\right| < 2\right\}, и предположим, что ∣f∣=5\left|f\right| = 5 на границе. Покажите, что ff имеет не менее двух нулей.

(b)

Если ff мероморфна в кольце, остаётся ли утверждение пункта (a) верным?

Задача 5.4.16

Пусть nn — натуральное число, и пусть PP — многочлен точной степени 2n2n:

P(z)=a0+a1z+a2z2+⋯+a2nz2n, P(z) = a_0 + a_1 z + a_2 z^2 + \cdots + a_{2n} z^{2n},

где каждое aj∈Ca_j \in \mathbb {C}, и a2n≠0a_{2n} \neq 0. Пусть не существует вещественного числа xx, такого что P(x)=0P(x) = 0, и пусть

lim⁡r→∞∫−rrP′(x)P(x) dx=0. \lim _{r\to \infty } \int _{-r}^{r} \frac{P'(x)}{P(x)}\, dx = 0.

Докажите, что PP имеет ровно nn корней (с учётом кратности) в открытой верхней полуплоскости {z∈C:\imz>0}\left\{ z \in \mathbb {C} : \im z > 0\right\}.

?
Задача 5.4.17

Рассмотрим функцию

f(z)=1+1z+12!(1z)2+⋯+1n!(1z)n. f(z) = 1 + \frac1z + \frac{1}{2!}\left(\frac1z\right)^2 + \cdots + \frac{1}{n!}\left(\frac1z\right)^n.
?
(a)

Что подсчитывает интеграл

12πi∫∣z∣=rf′(z)f(z) dz \frac{1}{2\pi i} \int _{\left|z\right|=r} \frac{f'(z)}{f(z)}\, dz
(b)

Каково значение этого интеграла при больших nn и фиксированном rr?

(c)

Что это говорит о нулях f(z)f(z) при больших nn?

Задача 5.4.18
?
(a)

Пусть f(z)f(z) аналитична в замкнутом круге ∣z∣≤R\left|z\right| \leq R, и пусть уравнение f(z)=wf(z) = w имеет единственное простое решение z1z_1 в {∣z∣<R}\left\{ \left|z\right| < R\right\}. Покажите, что это решение задаётся формулой

z1=12πi∫∣z∣=Rzf′(z)f(z)−w dz. z_1 = \frac{1}{2\pi i} \int _{\left|z\right|=R} \frac{zf'(z)}{f(z)-w}\, dz.
(b)

Покажите, что при достаточно большом целом nn уравнение

z=1+zn2 z = 1 + \frac{z^n}{2}

имеет ровно одно решение с ∣z∣<2\left|z\right| < 2.

(c)

Если z1z_1 — решение из (b), покажите, что

lim⁡n→∞(z1−1)1/n=12. \lim _{n\to \infty } (z_1-1)^{1/n} = \frac12.
Задача 5.4.19

Пусть

Ω=D(0,1)∖{12,−12}. \Omega = D(0,1) \setminus \left\{ \frac12, -\frac12\right\} .

Найдите все аналитические функции f:Ω→Ωf : \Omega \to \Omega со следующим свойством: если γ\gamma — любой цикл в Ω\Omega, не гомологичный нулю (по модулю Ω\Omega), то f∗γf * \gamma также не гомологичен нулю (по модулю Ω\Omega).

?
Задача 5.4.20

Пусть f(z)f(z) — голоморфная функция на {∣z∣<1}\left\{ \left|z\right| < 1\right\}, непрерывная вплоть до {∣z∣≤1}\left\{ \left|z\right| \leq 1\right\}. Пусть MM — супремум ∣f∣\left|f\right| на {∣z∣≤1}\left\{ \left|z\right| \leq 1\right\}. Пусть LL — пересечение {∣z∣≤1}\left\{ \left|z\right| \leq 1\right\} и {\rez=0}\left\{ \re z = 0\right\}. Пусть mm — супремум ∣f∣\left|f\right| на LL. Покажите, что

∣f(0)∣3≤mM2. \left|f(0)\right|^3 \leq mM^2.
?
Задача 5.4.21

Если f:D→Cf : D \to \mathbb {C}, где D={z∈C:∣z∣<1}D = \left\{ z \in \mathbb {C} : \left|z\right| < 1\right\}, — ограниченная аналитическая функция, покажите, что

sup⁡z∈D{(1−∣z∣2)∣f′(z)∣}≤sup⁡z∈D{∣f(z)∣}. \sup _{z\in D}\left\{ (1-\left|z\right|^2)\left|f'(z)\right|\right\} \leq \sup _{z\in D}\left\{ \left|f(z)\right|\right\} .
?
Задача 5.4.22

Пусть ff — ограниченная аналитическая функция в правой полуплоскости. Докажите, что если f(n)=0f(n) = 0 для n=1,2,3,…n = 1,2,3,\ldots, то f≡0f \equiv 0.

?
Задача 5.4.23

Пусть ff и gg аналитичны на области Ω\Omega и непрерывны на Ω∪∂Ω\Omega \cup \partial \Omega. Если ∣f(z)+g(z)∣<∣f(z)∣+∣g(z)∣\left|f(z)+g(z)\right| < \left|f(z)\right|+\left|g(z)\right| на ∂Ω\partial \Omega, докажите, что ff и gg имеют одинаковое число нулей в Ω\Omega, с учётом кратности.

?