El teorema integral de Cauchy

Bueno, últimamente he estado bastante ocupado y no he trabajado mas que con lo necesario para asimilar nuevos conceptos y distintos problemas no necesariamente extraordinarios. Sin embargo quiero exponer el teorema de Cauchy por su importancia y por su belleza intrínseca, así como una de sus demostraciones (se dice que la propia de Cauchy). El teorema integral de Cauchy se lee:

Si f(z) es analítica en un dominio simplemente conexo D, para todo contorno C en D se cumple
Cf(z)dz=0

Este teorema es de lo más conmovedor si además consideramos su demostración para el caso f(z) continua.

Sabemos que f(z)=u(x,y)+iv(x,y). Si para la integral de línea se tiene
Sn=nm=1(u+iv)(Δxm+iΔym)limnSn=˜Cf(z)dz=˜C(udxvdy)+i˜C(udy+vdx)
entonces análogamente, para un contorno C,
Cf(z)dz=C(udxvdy)+iC(udy+vdx)
Como consideramos el caso en que f(z) es continua, u y v tienen derivadas parciales continuas en D.

Lo conmovedor de esta demostración, es que es aplicable el teorema de Green, que nos dice que si u,v tienen derivadas parciales continuas en una región abierta R en D, se cumple
˜C(udxvdy)=R(vxuy)dxdy
...y como la gente sabe, para toda función analítica en D se deben cumplir las ecuaciones Cauchy- Riemann, a saber:
ux=vyuy=vx
Y con ello se ha demostrado el teorema integral de Cauchy para f(z) continua.

Además, una de las consecuencias más importantes de este teorema es la llamada fórmula integral de Cauchy, que dice que
f(z0)=12πiCf(z)zz0dz
con C un contorno que encierra al punto z0. O bien, se tiene también la llamada forma diferencial de la fórmula,
f(n)(z0)=n!2πiCf(z)(zz0)n+1dz,nN
Édouard Goursat, un matemático francés, demostró por el año 1900 la demostración del teorema integral de Cauchy sin la condición f(z) continua, que además contribuye, por ejemplo, al hecho de que la derivada de una función analítica también sea analítica.

En el siguiente documento puede encontrarse información detallada y la demostración de Goursat. ["El teorema integral de Cauchy y algunas de sus consecuencias"]

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