Weierstrass çarpım teoremi

Matematiğin bir alt dalı olan karmaşık analizde, Weierstrass çarpım teoremi, her tam fonksiyonun, bu fonksiyonun sıfırlarını da içeren (muhtemelen sonsuz) bir çarpım olarak temsil edilebileceğini ifade eder. Teorem, her polinomun her kökü için bir tane olmak üzere doğrusal çarpanlara ayrılabileceğini ifade cebirin temel teoreminin doğal bir uzantısıdır.

Karl Weierstrass'ın adını taşıyan teorem, sonsuza doğru giden her dizinin, tam olarak o dizinin noktalarında sıfırları bulunan bir tam fonksiyonla ilişkili olduğunu ifade eden başka bir sonuçla yakından ilişkilidir.

Teoremin meromorf fonksiyonlara genelleştirilmesi de mevcuttur ve meromorf bir fonksiyonu üç çarpana sahip olan bir çarpım olarak ele almayı sağlar: fonksiyonun sıfırlarına ve kutuplarına bağlı terimler, bunlarla ilişkili olmayan ve sıfır değeri almayan holomorf bir fonksiyon.

Fikir

Karmaşık düzlemdeki herhangi bir sonlu noktalar kümesi için, polinomu bu noktalar kümesinde sıfır değeri alan bir polinomu temsil eder. Ters yönde de, cebirin temel teoreminin bir sonucu olarak, her polinomu çarpanlara ayrılabilir ve olacak şekilde yazılabilir.[1] Elbette, , burada polinomun sıfır değeri aldığı noktaların kümesidir ve eleman tekrarına izin vermektedir. Örneğin, polinomunun sıfır kümesi kümesidir.

Weierstrass çarpım teoreminin iki hâli, polinomlar için bahsedilen durumun tam fonksiyonlara uzantıları olarak düşünülebilir. Ancak, sonlu bir küme olmadığında, sonsuz çarpımının yakınsak olması için ilâve terimler getirmenin gerekliliği vardır. Bu nedenle, genel olarak, sıfır noktalarını temsil edecek bir noktalar dizisinden tam bir fonksiyon hemen tanımlanamaz veya cebirin temel teoremi tarafından elde edilen ifadeler ve teknikler kullanarak tam bir fonksiyonun sıfırlarıyla temsili kolaylıkla mümkün değildir.

Söz konusu sonsuz çarpımın yakınsaklığı için gerekli koşul, her için çarpanlarının iken e gitmesidir. Bu nedenle, belirli bir noktada 0 olabilen, ancak o nokta haricinde 1'e yakın kalabilen ve ayrıca belirtilenlerden daha fazla sıfır içermeyen bir fonksiyon aranması mantıklıdır. Weierstrass'ın temel çarpanları bu özelliklere sahiptir ve daha önceden bahsedilen çarpanlarıyla aynı amaca hizmet eder.

Temel çarpanlar

x, [-1,1] aralığında değerler alırken ilk 5 Weierstrass temel çarpanının grafiği.

olmak üzere, biçiminde tanımlanan fonksiyonlar noktasında değerini alırken, yine aynı noktada, 'inci mertebeye kadar sabit bir eğime sahiptirler. Hemen noktasından sonra keskin bir şekilde 'a düşmeye de meyillidirler. Diğer taraftan, fonksiyonunun sabit bir eğimi yoktur (ilk başta , sonra, her yerde, hep ) ama noktasında sıfır değeri alır. Ayrıca, iken,

elde edilir.

Weierstrass temel çarpanları sıfır eğim ve sıfır değer özelliklerini birleştiren fonksiyonlardır ve aşağıdaki gibi tanımlanır:[2][3]

ve iken bu fonksiyonlar biçiminde yazılabilirler.

Ayrıca, ve iken

özelliği sağlanır.[2]

Teoremin iki farklı hâli

Belirli bir sıfırlar kümesine sahip tam fonksiyonların varlığı

dizisi 'a eşit olmayan karmaşık sayılardan oluşan ve özelliğini sağlayan bir sayı dizisi olsun. Negatif olmayan tamsayılardan oluşan bir dizisi olsun. Her için

sağlanıyorsa, o zaman,

biçiminde tanımlanan fonksiyon tamdır ve bu fonksiyon sadece noktalarında sıfır değeri alır. Ayrıca, bir sayısı dizisinde kere (ve sadece kere) yer alıyorsa, fonksiyonunun noktasındaki sıfırı vardır ve katlılığı dir.

  • Teoremde bahsedilen dizisi her zaman bulunabilir. Örneğin, her zaman alınabilir ve yakınsama elde edilebilir. Yine de, böyle bir dizi biricik değildir. Bu diziyi sonlu sayıda konumda değiştirmek veya pnpn olacak şekilde başka bir dizi almak yakınsaklığı değiştirmeyecektir.
  • Teorem şu şekilde genelleştirilebilir: Riemann küresinin açık altkümelerindeki (ve dolayısıyla bölgelerindeki) tanımlanmış diziler için bu altkümelerde tanımlı olan ve verilen dizinin noktalarında sıfırları bulunan holomorf fonksiyonlar bulunabilir. deki her açık kümenin aynı zamanda holomorfluk bölgesi olması gerçeği, teoremin bu genellemesiyle kanıtlanabilir. Meselâ, açık kümenin sınırının her noktasına yığılma gösteren ama herhangi bir şekilde içerideki bir noktaya yığılmayan karmaşık sayı dizisi inşa edilebilir.[4] O zaman, Weierstrass teoreminin bu genel halinin yardımıyla, bu bölge üzerinde holomorf olan ve bu dizinin yığılma noktalarında sıfır değerleri olan bir fonksiyon vardır. Bu fonksiyonun çarpmaya göre tersi, açık kümenin üzerinde tanımlı ve holomorftur. Bu sayede, bu kümenin dışına holomorf olarak devam ettirilemez.
  • Ayrıca cebirin temel teoremi tarafından verilen durum da buraya dahildir. Eğer dizisi sonluysa, o zaman, alabiliriz ve elde ederiz.

Weierstrass çarpım teoremi

tam fonksiyon olsun ve dizisi de 'nin ( noktası hariç) sıfır değer aldığı noktalardan oluşan, bu noktalardaki sıfır değer alma katlılığının birden fazla olduğu durumları da kapsayacak şekilde, gerekirse tekrarlanan noktalardan oluşan bir küme olsun. Ayrıca, nin noktasında katlılığı olacak şekilde bir sıfır olduğunu varsayalım.[not 1] O zaman,

[5]

temsilini sağlayacak bir tam fonksiyon ve bir tamsayı dizisi vardır.

Örnekler

Karmaşık düzlemin her yerinde tanımlı ve holomorf olan(yani, tam olan), Sinüs ve kosinüs çarpanlarına şöyle ayrılabilir:

Gama fonksiyonu ise şu şekilde yazılabilir: Burada, , Euler-Mascheroni sabitidir.

Hadamard çarpım teoremi

Weierstrass çarpım teoreminin özel bir durumu, büyüme mertebesi sonlu tam fonksiyonlar için ortaya çıkar. Bu durumda, dizisi saysıından bağımsız olarak alınabilir ve fonksiyonu polinom olur. Böylece, where yazılabilir. Burada,

  • fonksiyonun kökleri; yani, sıfır değeri aldığı ve sağlayan noktalar,
  • ise 'nin sıfır noktasındaki katlılığı; elbette, ise olacaktır,
  • , derecesi olan bir polinom
  • ise serisini yakınsak yapan en küçük negatif olmayan tamsayıdır.

Teoremin bu hâli, doğal Hadamard temsilidir.[5] Negatif olmayan sayısına tam fonksiyonunun cinsi (İng. genus) denir. Eğer tam fonksiyonsa, o hâlde, bu fonksiyonun büyüme mertebesi eşitsizliğini sağlamak zorundadır. Başka bir deyişle, büyüme mertebesi tamsayı değilse, o zaman olur. Eğer, büyüme mertebesi pozitif bir tamsayı ise iki durum ortaya çıkar: ya da .

Örnek vermek gerekirse, karmaşık düzlemdeki sinüs, kosinüs ve üstel fonksiyonları tam fonksiyonlardır ve cinsleri (genusları) dir.

Ayrıca bakınız

Notlar

  1. ^ z= 0'da m = 0 katlılığı anlamına gelir. Diğer deyişle, fonksiyonun sıfır noktasında sıfırı yoktur.

Kaynakça

  1. ^ Knopp, K. (1996), "Weierstrass's Factor-Theorem", Theory of Functions, Part II, New York: Dover, ss. 1-7 .
  2. ^ a b Rudin, W. (1987), Real and Complex Analysis, 3rd, Boston: McGraw Hill, ss. 301-304, ISBN 0-07-054234-1, OCLC 13093736 
  3. ^ Boas, R. P. (1954), Entire Functions, New York: Academic Press Inc., ISBN 0-8218-4505-5, OCLC 6487790 , chapter 2.
  4. ^ s. 268, Greene, R. E; Krantz, S. G. (2006). Function theory of one complex variable. Providence, RI: American Mathematical Society. 
  5. ^ a b Conway, J. B. (1995), Functions of One Complex Variable I, 2nd ed., springer.com: Springer, ISBN 0-387-90328-3 

Dış bağlantılar