复平面上的点集与区域
点集
邻域
,点集 称为 的邻域,记作
去心邻域:称为 的去心邻域,记作
内点和外点
内点:点集 ,如果 ,使得 ,则称 是 的内点。
外点:如果 ,使得 ,则称 是 的外点。
边界
边界点:如果 ,就称 为 的边界点。(人话: 的邻域有一部分在 中有一部分不在)
边界:D所有边界点的集合,记作
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注意: 不一定属于
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对于一个点集(非空),可能所有点都是内点(e.g.任意开集),可能所有点都是边界(e.g.曲线,圆周等线,离散的点形成的点集),但不可能所有点都是外点。
开集与闭集
开集: 如果 的每个点都是内点,则称 为开集
- 开集的边界点一定不属于这个开集
闭集 : 如果 的边界点全部都属于 , 则称 为闭集
有界集与无界集
若存在 ,使得点集 包含在原点的 邻域内,即 ,则 称为有界集 ,否则称为非有界集或无界集。
- 典型的无界集:扩充复平面中复数无穷大的邻域:
区域
区域与闭区域
区域:设 为点集,若 是开集,且是连通的,则称 为区域。
- 区域的连通性: 中任意两个有限点可以用包含于 的折线连接
- 区域就是联通的开集
闭区域:区域 与它的边界一起构成闭区域或闭域, 记作
- 注意:区域或开区域一定会包含内点,所以曲线,离散点(所有点都是边界点)不能算做区域
曲线
连续曲线,简单曲线
连续曲线:设 是关于实变量 的两个函数,且 在区间 连续,则由 决定的复数方程:
所决定的点集 , 称为复平面上的连续曲线,这个方程称为曲线的参数方程。
简单曲线: 对满足 成立时, 点 称为曲线 的重点; 无重点的连续曲线称为简单曲线;满足 的简单曲线称为简单闭曲线.
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简单曲线一定连续且单射(不自交)
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简单闭曲线不自交,但要求端点处相等。
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简单闭曲线可以将复平面分割成三个互不相交的部分
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若尔当定理:任意一个若尔当闭曲线都可以将复平面分成两个没有公共点的区域,内部有界称为内区域,外部无界称为外区域,均以闭曲线为边界。
由此引出单连通和复连通的概念:对于任意一个区域 , 如果 中任意一条简单闭曲线内的区域均属于 , 那么 称为单连通区域,否则复连通。
光滑曲线
光滑曲线:设简单曲线 的参数方程:
如果有
则称 为光滑曲线
光滑曲线对实部虚部函数的分析学性质要求:
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连续性:连续,保证曲线无断点。
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可导性:存在保证曲线局部切线存在。
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导数不同时为零:保证曲线无停点、尖点或折线段。
光滑曲线和连续曲线,简单曲线的辨析:
- 光滑曲线是可导的连续曲线
- 光滑曲线光滑性只约束导数非零和可导性,并不限制曲线是否自交。因此光滑曲线不一定是简单曲线(光滑曲线可以自交),但简单曲线如果可导则一定是光滑曲线