सम्मिश्र समतल

Template:यह लेख सम्मिश्र संख्याओं के ज्यामितीय निरूपण के बारे में है। जटिल-संख्या निर्देशांक वाले द्वि-आमी प्रोजेक्टिव स्पेस के लिए, जटिल प्रोजेक्टिव प्लेन देखें ।

गणित में, सम्मिश्र तल-सम्मिश्र संख्याओं द्वारा निर्मित होता है, जिसमें कार्तीय समन्वय प्रणाली होती है, जैसे कि x-अक्ष, जिसे वास्तविक अक्ष कहा जाता है जो वास्तविक संख्याओं से बनता है, और y-अक्ष, जिसे काल्पनिक अक्ष कहा जाता है जो काल्पनिक संख्याओं से बनता है।

सम्मिश्र तल, सम्मिश्र संख्याओं की ज्यामितीय व्याख्या की अनुमति देता है। इसके अलावा, वे सदिश की तरह जोड़ते हैं। दो सम्मिश्र संख्याओं के गुणन को ध्रुवीय निर्देशांक में अधिक आसानी से व्यक्त किया जा सकता है - उत्पाद का परिमाण या मापांक दो निरपेक्ष मानों, या मापांक और उत्पाद के कोण या तर्क का गुणनफल है। दो कोणों, या तर्कों का योग है। विशेष रूप से, मॉड्यूलस 1 की सम्मिश्र संख्या द्वारा गुणन घूर्णन के रूप में कार्य करता है।

सम्मिश्र तल को कभी-कभी अरगंड तल या गॉस तल के रूप में जाना जाता है।

सांकेतिक चलन

सम्मिश्र संख्या

सम्मिश्र विश्लेषण में, सम्मिश्र संख्याओं को आमतौर पर प्रतीक z द्वारा दर्शाया जाता है, जिसे इसके वास्तविक(x) और काल्पनिक(y) भागों में अलग किया जा सकता है:

$$z=x+iy$$

उदाहरण के लिए: z = 4 + 5i, जहाँ x और y वास्तविक संख्याएँ हैं, और i काल्पनिक इकाई है। इस प्रथागत संकेतन में सम्मिश्र संख्या z कार्तीय समन्वय प्रणाली में बिंदु(x, y) से मेल खाती है। कार्तीय तल में बिंदु(x, y) को ध्रुवीय निर्देशांक में भी दर्शाया जा सकता है

$$(x,y)=(r\cos \theta ,r\sin \theta )\qquad (r,\theta )=\left({\sqrt {x^{2}+y^{2}}},\quad \arctan {\frac {y}{x}}\right).$$

कार्तीय तल में यह माना जा सकता है कि व्युत्क्रम त्रिकोणमितीय फलन −π/2 से π/2(कांति में) तक मान लेता है, और बिंदुओं(x, y) के लिए अधिक पूर्ण चापस्पर्श फलन को परिभाषित करने के लिए कुछ सावधानी बरतनी चाहिए जब x ≤ 0। सम्मिश्र तल में ये ध्रुवीय निर्देशांक रूप ले लेते हैं

$$z=x+iy=|z|\left(\cos \theta +i\sin \theta \right)=|z|e^{i\theta }$$

जहां

$$|z|={\sqrt {x^{2}+y^{2}}};\quad \theta =\arg(z)={\frac {1}{i}}\ln {\frac {z}{|z|}}=-i\ln {\frac {z}{|z|}}.$$

यहाँ |z| सम्मिश्र संख्या z का निरपेक्ष मान या मापांक है; θ, z का तर्क, आमतौर पर अंतराल पर लिया जाता है 0 ≤ θ < 2π; और अंतिम समानता(को |z|e^iθ) यूलर के सूत्र से लिया गया है। θ की सीमा पर बाधा के बिना, z का तर्क बहु-मूल्यवान है, क्योंकि घातीय कार्य सम्मिश्र सतहपर आवधिक है, इस प्रकार अवधि 2π i, θ arg(z) का एक मान है, तो अन्य मान निम्न द्वारा दिए जाते हैं arg(z) = θ + 2nπ, जहाँ n कोई शून्येतर पूर्णांक है।

सम्मिश्र संख्याओं का ज्यामितीय दृश्य इसके यूक्लिडियन आयाम 2 की यूक्लिडियन संरचना पर आधारित होता है, जहां सम्मिश्र संख्याओं का आंतरिक उत्पाद w तथा z द्वारा दिया गया है $\Re (w{\overline {z}})$; फिर सम्मिश्र संख्या के लिए z इसका पूर्ण मूल्य |z| इसके यूक्लिडियन मानदंड और इसके तर्क के साथ मेल खाता है arg(z) 1

लाइन इंटीग्रल का सिद्धांत कॉम्प्लेक्स लाइन इंटीग्रल में सम्मिश्र विश्लेषण का प्रमुख हिस्सा सम्मिलित है। इस संदर्भ में, बंद वक्र के चारों ओर यात्रा की दिशा महत्वपूर्ण है - जिस दिशा में वक्र को पार किया जाता है, उसे उलटने से अभिन्न का मान -1 से गुणा हो जाता है। चलन के अनुसार सकारात्मक दिशा वामावर्त होती है। उदाहरण के लिए, जब हम बिंदु z = 1 पर प्रारंभ करते हैं, तो यूनिट सर्कल को सकारात्मक दिशा में पार किया जाता है, फिर बिंदु z = i के माध्यम से ऊपर और बाईं ओर यात्रा करें, फिर नीचे और -1 के माध्यम से बाईं ओर, फिर नीचे और -i के माध्यम से दाएँ, और अंत में ऊपर और z = 1 के दाएँ, जहाँ हमने प्रारंभ किया था।

सम्मिश्र सतहमें जटिल-मूल्यवान बिंदु z = x + yi का ज्यामितीय प्रतिनिधित्व। मूल बिंदु से रेखा के साथ बिंदु z = x + yi की दूरी z का मापांक या निरपेक्ष मान है। कोण θ z का तर्क है।

लगभग सभी सम्मिश्र विश्लेषण का संबंध सम्मिश्र विश्लेषण कॉम्प्लेक्स फलन- यानी ऐसे फलनसे है जो कॉम्प्लेक्स प्लेन के कुछ सबसेट को कॉम्प्लेक्स प्लेन के कुछ अन्य(संभवतः अतिव्यापी, या समान) सबसेट में मैप करते हैं। यहाँ f(z) के फलन के प्रांत को z-समतल में स्थित होने के रूप में बोलने की प्रथा है, जबकि f(z) के फलन की श्रेणी को w-तल में बिंदुओं के समुच्चय के रूप में संदर्भित किया जाता है। प्रतीकों में हम लिखते हैं

$$z=x+iy;\qquad f(z)=w=u+iv$$

और प्रायः फलन f को z-प्लेन(निर्देशांक(x, y) के साथ) से w-प्लेन [निर्देशांक(u, v) के साथ)]में परिवर्तन के रूप में सोचते हैं।

सम्मिश्र सतहसंकेतन

सम्मिश्र सतह$\mathbb {C}$ के रूप में निरूपित किया जाता है.

अरगंड आरेख

अरगंड आरेख बिंदुओं के रूप में सम्मिश्र संख्याओं के ज्यामितीय प्लॉट(ग्राफिक्स) को संदर्भित करता है z = x + iy वास्तविक अक्ष के रूप में x-अक्ष और काल्पनिक अक्ष के रूप में y-अक्ष का उपयोग करता है। इस तरह के भूखंडों का नाम जीन-रॉबर्ट अरगंड(1768-1822) के नाम पर रखा गया है, हालांकि उन्हें पहली बार नार्वेजियन-डेनिश भूमि सर्वेक्षक और गणितज्ञ कैस्पर वेसल(1745-1818) द्वारा वर्णित किया गया था। अरगंड आरेखों का उपयोग प्रायः सम्मिश्र तल में किसी फ़ंक्शन के शून्य और ध्रुवों की स्थिति को प्लॉट करने के लिए किया जाता है।

स्टीरियोग्राफिक अनुमान

Main article: रीमैन स्फीयर और स्टीरियोग्राफिक प्रोजेक्शन

रीमैन क्षेत्र जो सम्मिश्र तल पर एक से लेकर सभी बिंदुओं को छोड़कर गोले के सभी बिंदुओं को मैप करता है

सम्मिश्र तल के बारे में सोचना उपयोगी हो सकता है जैसे कि यह एक गोले की सतह पर कब्जा कर लिया हो। यूनिट त्रिज्या के क्षेत्र को देखते हुए, इसके केंद्र को सम्मिश्र सतहके मूल में रखें, और इस तरह उन्मुख करें कि गोले पर भूमध्य रेखा सतहमें यूनिट सर्कल के साथ मेल खाती हो, और उत्तरी ध्रुव सतहके ऊपर हो।

हम एक आक्षेप स्थापित कर सकते हैं | गोले की सतह पर उत्तरी ध्रुव से घटाकर बिंदुओं के बीच सामंजस्य और सम्मिश्र सतह में बिंदु हैं। समतल में एक बिंदु दिया गया है, इसे गोले के उत्तरी ध्रुव से जोड़ने वाली एक सीधी रेखा खींचें। वह रेखा गोले की सतह को ठीक एक दूसरे बिंदु पर काटेगी। बिंदु z = 0 गोले के दक्षिणी ध्रुव पर प्रक्षेपित किया जाएगा। चूँकि इकाई वृत्त का आंतरिक भाग गोले के अंदर होता है, वह संपूर्ण क्षेत्र(|z| < 1) दक्षिणी गोलार्द्ध पर मैप किया जाएगा। यूनिट सर्कल ही(|z| = 1) भूमध्य रेखा पर मैप किया जाएगा, और यूनिट सर्कल के बाहरी(|z| > 1) को उत्तरी गोलार्ध से घटाकर उत्तरी ध्रुव पर मैप किया जाएगा। स्पष्ट रूप से यह प्रक्रिया उत्क्रमणीय है - गोले की सतह पर कोई भी बिंदु दिया गया है जो उत्तरी ध्रुव नहीं है, हम उस बिंदु को उत्तरी ध्रुव से जोड़ते हुए और समतल तल को ठीक एक बिंदु पर काटते हुए एक सीधी रेखा खींच सकते हैं।

इस स्टीरियोग्राफिक प्रक्षेपण के तहत उत्तरी ध्रुव स्वयं सम्मिश्र तल के किसी भी बिंदु से जुड़ा नहीं है। हम सम्मिश्र तल में एक और बिंदु - अनंत पर तथाकथित बिंदु - और गोले पर उत्तरी ध्रुव के साथ इसकी पहचान करके एक-से-एक सामंजस्य को पूरा करते हैं। यह संस्थानिक स्पेस, कॉम्प्लेक्स प्लेन प्लस इनफिनिटी पर बिंदु, रीमैन क्षेत्र के रूप में जाना जाता है। सम्मिश्र विश्लेषण पर चर्चा करते समय हम अनंत पर एक बिंदु की बात करते हैं। वास्तविक संख्या रेखा पर अनंत(धनात्मक और ऋणात्मक) पर दो बिंदु हैं, लेकिन विस्तारित सम्मिश्र तल में अनंत(उत्तरी ध्रुव) पर केवल एक बिंदु है। एक पल के लिए कल्पना कीजिए कि अक्षांश और देशांतर की रेखाओं का क्या होगा जब उन्हें गोले से समतल तल पर प्रक्षेपित किया जाएगा। अक्षांश रेखाएँ सभी भूमध्य रेखा के समानांतर हैं, इसलिए वे मूल बिंदु पर केंद्रित पूर्ण वृत्त बन जाएँगी z = 0. और देशांतर की रेखाएं मूल बिंदु से गुजरने वाली सीधी रेखाएं बन जाएंगी(और अनंत पर बिंदु से भी, क्योंकि वे गोले पर उत्तर और दक्षिण दोनों ध्रुवों से होकर गुजरती हैं)।

यह दो या दो से अधिक मूल्यों वाले सतहपर एक गोले के प्रक्षेपण की एकमात्र संभव अभी तक प्रशंसनीय स्टीरियोग्राफिक स्थिति नहीं है। उदाहरण के लिए, गोले के उत्तरी ध्रुव को उत्पत्ति के शीर्ष पर रखा जा सकता है z = −1 एक समतल में जो वृत्त की स्पर्शरेखा है। विवरण वास्तव में मायने नहीं रखता। किसी समतल पर गोले का कोई भी त्रिविम प्रक्षेपण अनंत पर एक बिंदु उत्पन्न करेगा, और यह गोले पर अक्षांश और देशांतर की रेखाओं को क्रमशः समतल और सीधी रेखाओं में मानचित्रित करेगा।

कृत्त सतह

सम्मिश्र चर के कार्यों पर चर्चा करते समय सम्मिश्र सतह में कटौती के बारे में सोचना प्रायः सुविधाजनक होता है। यह विचार स्वाभाविक रूप से कई अलग-अलग संदर्भों में उत्पन्न होता है।

बहु-मूल्यवान संबंध और शाखा बिंदु

दो-मूल्यवान संबंध पर विचार करें

$$w=f(z)=\pm {\sqrt {z}}=z^{1/2}.$$

इससे पहले कि हम इस संबंध को एकल-मूल्यवान कार्य(गणित) के रूप में मान सकें, परिणामी मूल्य की सीमा को किसी तरह प्रतिबंधित किया जाना चाहिए। गैर-ऋणात्मक वास्तविक संख्याओं के वर्गमूलों से निपटने पर यह आसानी से हो जाता है। उदाहरण के लिए, हम केवल परिभाषित कर सकते है

$$y=g(x)={\sqrt {x}}=x^{1/2}$$

गैर-ऋणात्मक वास्तविक संख्या y होना जैसे कि y² = x. यह विचार द्वि-आयामी सम्मिश्र सतहमें इतना अच्छा काम नहीं करता है। यह देखने के लिए, आइए इस बारे में सोचें कि f(z) का मान किस प्रकार भिन्न होता है जब बिंदु z इकाई चक्र के चारों ओर घूमता है। हम लिख सकते हैं

$$z=re^{i\theta }\quad {\text{and take}}\quad w=z^{1/2}={\sqrt {r}}\,e^{i\theta /2}\qquad (0\leq \theta \leq 2\pi ).$$

जाहिर है, जैसा कि z सर्कल के चारों ओर घूमता है, w केवल सर्कल के आधे हिस्से का पता लगाता है। तो सम्मिश्र सतहमें एक निरंतर गति ने सकारात्मक वर्गमूल ई को बदल दिया है⁰ = 1 ऋणात्मक वर्गमूल में e^iπ = −1.

यह समस्या इसलिए उत्पन्न होती है क्योंकि बिंदु z = 0 का केवल एक वर्गमूल होता है, जबकि प्रत्येक अन्य सम्मिश्र संख्या z ≠ 0 के ठीक दो वर्गमूल होते हैं। वास्तविक संख्या रेखा पर हम एकल बिंदु x = 0 पर एक बाधा खड़ी करके इस समस्या को दरकिनार कर सकते हैं। किसी भी बंद समोच्च को शाखा बिंदु z = 0 को पूरी तरह से घेरने से रोकने के लिए सम्मिश्र तल में एक बड़े अवरोध की आवश्यकता होती है। यह आमतौर पर होता है 'ब्रांच कट' प्रारंभ करके किया गया; इस मामले में कटौती बिंदु z = 0 से सकारात्मक वास्तविक अक्ष के साथ अनंत पर बिंदु तक विस्तारित हो सकती है, ताकि कट सतह में चर z का तर्क 0 ≤ arg(z) < 2π तक सीमित हो।

अब हम इसका पूरा विवरण दे सकते हैं w = z^1⁄2. ऐसा करने के लिए हमें जेड-प्लेन की दो प्रतियों की आवश्यकता है, उनमें से प्रत्येक वास्तविक अक्ष के साथ कटी हुई है। एक प्रति पर हम 1 के वर्गमूल को परिभाषित करते हैं e⁰ = 1, और दूसरी ओर हम 1 के वर्गमूल को e के रूप में परिभाषित करते हैं^iπ = -1। हम इन दो प्रतियों को पूर्ण कटी हुई समतल शीट कहते हैं। निरंतरता तर्क बनाकर हम देखते हैं कि(अब सिंगल-वैल्यूड) फ़ंक्शन w = z^1⁄2 डब्ल्यू-प्लेन के ऊपरी आधे हिस्से में पहली शीट को मैप करता है, जहाँ 0 ≤ arg(w) < π, दूसरी शीट को डब्ल्यू-प्लेन के निचले आधे हिस्से में मैप करते समय(जहाँ π ≤ arg(w) < 2π). इस उदाहरण में काटी गई शाखा का वास्तविक अक्ष के साथ होना आवश्यक नहीं है। यह एक सीधी रेखा भी नहीं है। मूल बिंदु z = 0 को अनंत पर बिंदु से जोड़ने वाला कोई भी निरंतर वक्र काम करेगा। कुछ मामलों में शाखा कट को अनंत पर बिंदु से गुजरना भी नहीं पड़ता है। उदाहरण के लिए, संबंध पर विचार करे

$$w=g(z)=\left(z^{2}-1\right)^{1/2}.$$

यहाँ बहुपद z² − 1 कब गायब हो जाता है z = ±1, इसलिए g के स्पष्ट रूप से दो शाखा बिंदु हैं। हम समतल को वास्तविक अक्ष के साथ -1 से 1 तक काट सकते हैं, और एक शीट प्राप्त कर सकते हैं जिस पर g(z) एकल-मूल्यवान फलन है। वैकल्पिक रूप से, कट z = 1 से अनंत पर बिंदु के माध्यम से सकारात्मक वास्तविक अक्ष के साथ चल सकता है, फिर नकारात्मक वास्तविक अक्ष को अन्य शाखा बिंदु, z = -1 तक जारी रख सकता है।

स्टीरियोग्राफिक अनुमानों का उपयोग करके इस स्थिति को सबसे आसानी से देखा जा सकता है। गोले पर इनमें से एक कट दक्षिणी गोलार्ध के माध्यम से अनुदैर्ध्य रूप से चलता है, भूमध्य रेखा पर एक बिंदु(z = -1) को भूमध्य रेखा पर एक अन्य बिंदु(z = 1) से जोड़ता है, और दक्षिणी ध्रुव(मूल, z =) से गुजरता है 0) रास्ते में। कट का दूसरा संस्करण उत्तरी गोलार्ध के माध्यम से अनुदैर्ध्य रूप से चलता है और उत्तरी ध्रुव(यानी अनंत पर बिंदु) से गुजरते हुए समान दो भूमध्यरेखीय बिंदुओं को जोड़ता है।

मेरोमॉर्फिक कार्यों के डोमेन को प्रतिबंधित करना

मेरोमॉर्फिक फ़ंक्शन एक सम्मिश्र फ़ंक्शन है जो होलोमॉर्फिक फ़ंक्शन है और इसलिए परिमित, या गणनीय सेट, अंकों की संख्या को छोड़कर अपने डोमेन में हर जगह विश्लेषणात्मक कार्य करता है। जिन बिंदुओं पर इस तरह के फ़ंक्शन को परिभाषित नहीं किया जा सकता है, उन्हें मेरोमोर्फिक फ़ंक्शन का ध्रुव(सम्मिश्र विश्लेषण) कहा जाता है। कभी-कभी ये सभी खंभे सीधी रेखा में स्थित होते हैं। उस स्थिति में गणितज्ञ कह सकते हैं कि कटे हुए तल पर फलन होलोमोर्फिक है। यहाँ एक सरल उदाहरण है।

गामा समारोह, द्वारा परिभाषित

$$\Gamma (z)={\frac {e^{-\gamma z}}{z}}\prod _{n=1}^{\infty }\left[\left(1+{\frac {z}{n}}\right)^{-1}e^{z/n}\right]$$

जहां γ यूलर-मास्चेरोनी स्थिरांक है, और 0, −1, −2, −3, ... पर सरल ध्रुव हैं, क्योंकि जब z शून्य या एक ऋणात्मक पूर्णांक होता है, तो अनंत गुणनफल में ठीक एक हर गायब हो जाता है। चूँकि इसके सभी ध्रुव ऋणात्मक वास्तविक अक्ष पर स्थित हैं, z = 0 से अनंत पर बिंदु तक, इस फलन को कटे हुए तल पर होलोमॉर्फिक के रूप में वर्णित किया जा सकता है, कट 0(सम्मिलित) से बिंदु तक ऋणात्मक वास्तविक अक्ष के साथ विस्तारित होता है। अनंत पर। वैकल्पिक रूप से, Γ(z) को कट प्लेन में होलोमॉर्फिक के रूप में वर्णित किया जा सकता है -π < arg(z) < π और बिंदु z = 0 को छोड़कर।

यह कट उस 'ब्रांच कट' से थोड़ा अलग है जिसका हम पहले ही सामना कर चुके हैं, क्योंकि यह वास्तव में कट प्लेन से नकारात्मक वास्तविक अक्ष को बाहर करता है। शाखा कट ने एक तरफ(0 ≤ θ) कटे हुए सतहसे जुड़े वास्तविक अक्ष को छोड़ दिया, लेकिन इसे दूसरी तरफ कटे हुए सतहसे अलग कर दिया(θ <2π)।

बेशक, एक डोमेन बनाने के लिए z = 0 से −∞ तक पूरे लाइन सेगमेंट को बाहर करना वास्तव में आवश्यक नहीं है जिसमें Γ(z) होलोमोर्फिक है। हमें बस इतना करना है कि बिंदुओं के अनगिनत अनंत सेट {0, −1, −2, −3, ...} पर सतहको 'पंचर' करना है। लेकिन छिद्रित सतहमें एक बंद समोच्च Γ(z) के एक या अधिक ध्रुवों को घेर सकता है, जो अवशेष प्रमेय द्वारा एक रेखा अभिन्न है जो आवश्यक रूप से शून्य नहीं है। सम्मिश्र तल को काटकर हम न केवल यह सुनिश्चित करते हैं कि Γ(z) इस प्रतिबंधित डोमेन में होलोमोर्फिक है - हम यह भी सुनिश्चित करते हैं कि कटे हुए तल में स्थित किसी भी बंद वक्र पर Γ का कंटूर इंटीग्रल समान रूप से शून्य के बराबर है।

अभिसरण क्षेत्रों को निर्दिष्ट करना

कई सम्मिश्र कार्यों को श्रृंखला(गणित) या सामान्यीकृत निरंतर अंश द्वारा परिभाषित किया जाता है। इन असीम रूप से लंबे व्यंजकों के विश्लेषण में एक मौलिक विचार सम्मिश्र सतहके उस हिस्से की पहचान करना है जिसमें वे एक परिमित मान में अभिसरण करते हैं। सतहमें एक कट इस प्रक्रिया को सुगम बना सकता है, जैसा कि निम्नलिखित उदाहरण दिखाते हैं।

अनंत श्रृंखला द्वारा परिभाषित फ़ंक्शन पर विचार करें

$$f(z)=\sum _{n=1}^{\infty }\left(z^{2}+n\right)^{-2}.$$

चूंकि z² =(−z)² प्रत्येक सम्मिश्र संख्या z के लिए, यह स्पष्ट है कि f(z) z का सम और विषम फलन है, इसलिए विश्लेषण को सम्मिश्र तल के आधे हिस्से तक सीमित किया जा सकता है। और चूंकि श्रृंखला अपरिभाषित है कब

$$z^{2}+n=0\quad \iff \quad z=\pm i{\sqrt {n}},$$

संपूर्ण काल्पनिक अक्ष के साथ सतहको काटना और इस श्रृंखला के अभिसरण को स्थापित करना समझ में आता है जहां z का वास्तविक भाग शून्य नहीं है, जब f(z) की जांच करने का अधिक कठिन कार्य करने से पहले z एक शुद्ध काल्पनिक संख्या है।
इस उदाहरण में कट केवल एक सुविधा है, क्योंकि जिन बिंदुओं पर अनंत राशि अपरिभाषित है, उन्हें अलग कर दिया जाता है, और कट प्लेन को एक उपयुक्त पंचर वाले प्लेन से बदला जा सकता है। कुछ संदर्भों में कटौती आवश्यक है, न कि केवल सुविधाजनक। अनंत आवधिक निरंतर अंश पर विचार करें

$$f(z)=1+{\cfrac {z}{1+{\cfrac {z}{1+{\cfrac {z}{1+{\cfrac {z}{\ddots }}}}}}}}.$$

यह अभिसरण समस्या है कि f(z) एक परिमित मान में अभिसरण करता है यदि और केवल यदि z एक ऋणात्मक वास्तविक संख्या नहीं है जैसे कि z < −1⁄4. दूसरे शब्दों में, इस निरंतर अंश के लिए अभिसरण क्षेत्र कट प्लेन है, जहां कट नकारात्मक वास्तविक अक्ष के साथ चलता है, से -1⁄4 बिंदु पर अनंत तक।

कटे हुए सतह को वापस एक साथ चिपकाना

Main article: रीमैन सतह

हम पहले ही देख चुके हैं कि संबंध कैसा होता है

$$w=f(z)=\pm {\sqrt {z}}=z^{1/2}$$

f के डोमेन को दो वियोजित पत्रक में विभाजित करके एकल-मूल्यवान फलन में बनाया जा सकता है। यह भी संभव है कि उन दो पत्रक को वापस एक साथ चिपकाया जाए जिससे एक 'रीमैन सतह' बनाई जा सके f(z) = z^1/2 एक होलोमोर्फिक फलन के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जिसकी छवि संपूर्ण w-प्लेन है(बिंदु को छोड़कर w = 0). यहां बताया गया है कि यह कैसे काम करता है।

कॉम्प्लेक्स प्लेन की दो प्रतियों की कल्पना करें, कट्स सकारात्मक वास्तविक अक्ष के साथ फैले हुए हैं z = 0 बिंदु पर अनंत तक। एक शीट पर परिभाषित करें 0 ≤ arg(z) < 2π, ताकि 1^1/2 = e⁰ = 1, परिभाषा से। दूसरी शीट पर परिभाषित करें 2π ≤ arg(z) < 4π, ताकि 1^1/2 = e^iπ = −1, फिर से परिभाषा के अनुसार। अब दूसरी शीट को उल्टा पलटें, ताकि काल्पनिक अक्ष पहली शीट पर काल्पनिक अक्ष के विपरीत दिशा में इंगित करे, दोनों वास्तविक अक्ष एक ही दिशा में इंगित करें, और दोनों शीटों को एक साथ गोंद दें(ताकि पहली शीट पर किनारा हो) पत्रक लेबलθ = 0लेबल वाले किनारे से जुड़ा हैθ < 4πदूसरी शीट पर, और दूसरी शीट पर किनारे को लेबल किया गया हैθ = 2πलेबल वाले किनारे से जुड़ा हैθ < 2πपहली शीट पर)। परिणाम रीमैन सतह डोमेन है जिस पर f(z) = z^1/2 एकल-मूल्यवान और होलोमोर्फिक है(जब को छोड़कर z = 0).

यह समझने के लिए कि इस डोमेन में f एकल-मूल्यवान क्यों है, यूनिट सर्कल के चारों ओर एक सर्किट की कल्पना करें, जो कि से प्रारंभ होता है z = 1 पहली शीट पर। कब 0 ≤ θ < 2π हम अभी भी पहली शीट पर हैं। कब θ = 2π हमने दूसरी शीट पर पार कर लिया है, और शाखा बिंदु के चारों ओर एक दूसरा पूर्ण सर्किट बनाने के लिए बाध्य हैं z = 0 हमारे शुरुआती बिंदु पर लौटने से पहले, जहाँ θ = 4π के बराबर है θ = 0, जिस तरह से हमने दो शीटों को एक साथ चिपकाया था। दूसरे शब्दों में, जैसा कि चर z शाखा बिंदु के चारों ओर दो पूर्ण चक्कर लगाता है, w- समतल में z की छवि केवल एक पूर्ण वृत्त का पता लगाती है।

औपचारिक भेदभाव यह दर्शाता है

$$f(z)=z^{1/2}\quad \Rightarrow \quad f'(z)={\tfrac {1}{2}}z^{-1/2}$$

जिससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि f का व्युत्पन्न मौजूद है और रीमैन सतह पर हर जगह परिमित है, सिवाय इसके कि कब z = 0(यानी, एफ होलोमोर्फिक है, सिवाय इसके कि कब z = 0)
समारोह के लिए रीमैन सतह कैसे हो सकती है

$$w=g(z)=\left(z^{2}-1\right)^{1/2},$$

बहुमूल्य संबंधों और शाखा बिंदुओं पर भी चर्चा हुई, निर्माण किया जाए? एक बार फिर हम जेड-प्लेन की दो प्रतियों के साथ प्रारंभ करते हैं, लेकिन इस बार प्रत्येक को वास्तविक रेखा खंड के साथ काट दिया जाता है z = −1 प्रति z = 1 – ये g(z) के दो शाखा बिंदु हैं। हम इनमें से एक को उल्टा कर देते हैं, इसलिए दो काल्पनिक कुल्हाड़ियाँ विपरीत दिशाओं में इंगित करती हैं, और दो कटी हुई चादरों के संगत किनारों को एक साथ चिपका देती हैं। हम सत्यापित कर सकते हैं कि जी इस सतह पर एक एकल-मूल्यवान कार्य है, जो एक इकाई त्रिज्या के एक चक्र के चारों ओर एक सर्किट का पता लगाकर केंद्रित है z = 1. बिंदु पर प्रारंभ हो रहा है z = 2 पहली शीट पर हम कट का सामना करने से पहले सर्कल के चारों ओर आधा घूमते हैं z = 0. कट हमें दूसरी शीट पर ले जाता है, ताकि जब z ने शाखा बिंदु के चारों ओर एक पूर्ण मोड़ का पता लगाया हो z = 1, w ने पूर्ण मोड़ का केवल आधा हिस्सा लिया है, w का चिन्ह उलट दिया गया है(चूंकि e^iπ = −1), और हमारा रास्ता हमें उस बिंदु पर ले गया है z = 2 सतह की दूसरी शीट पर। एक और आधा मोड़ जारी रखते हुए हम कट के दूसरी तरफ मिलते हैं, जहां z = 0, और अंत में अपने शुरुआती बिंदु पर पहुंचें(z = 2 पहली शीट पर) शाखा बिंदु के चारों ओर दो पूर्ण चक्कर लगाने के बाद। लेबल लगाने का प्राकृतिक तरीका θ = arg(z) इस उदाहरण में सेट करना है −π < θ ≤ π पहली शीट पर, के साथ π < θ ≤ 3π दूसरे पर। दो शीटों पर काल्पनिक कुल्हाड़ियों विपरीत दिशाओं में इंगित करती हैं ताकि सकारात्मक घुमाव की वामावर्त भावना को संरक्षित किया जा सके क्योंकि एक बंद समोच्च एक शीट से दूसरी शीट पर जाता है(याद रखें, दूसरी शीट उलटी है)। कल्पना कीजिए कि यह सतह त्रि-आयामी अंतरिक्ष में एम्बेडेड है, जिसमें दोनों शीट एक्स-प्लेन के समानांतर हैं। तब सतह में एक लंबवत छिद्र प्रतीत होता है, जहां दो कट एक साथ जुड़ जाते हैं। क्या हुआ अगर कट से बना है z = −1 वास्तविक धुरी के नीचे अनंत पर बिंदु तक, और से z = 1, वास्तविक अक्ष को तब तक ऊपर उठाएं जब तक कि कट स्वयं से न मिल जाए? फिर से एक रीमैन सतह का निर्माण किया जा सकता है, लेकिन इस बार छिद्र क्षैतिज है। टोपोलॉजी, इस रीमैन सतह के दोनों संस्करण समतुल्य हैं - वे जीनस(गणित) समायोज्य सतह की ओरिएंटेबल द्वि-आयामी सतह हैं।

नियंत्रण सिद्धांत में प्रयोग करें

See also: सम्मिश्र संख्या § नियंत्रण सिद्धांत

नियंत्रण सिद्धांत में, सम्मिश्र तल के एक उपयोग को S तल के रूप में जाना जाता है। इसका उपयोग सिस्टम के व्यवहार(विशेषता समीकरण) को ग्राफिक रूप से वर्णित समीकरण की जड़ों को देखने के लिए किया जाता है। समीकरण सामान्य रूप से लाप्लास रूपांतरण के पैरामीटर 'एस' में बहुपद के रूप में व्यक्त किया जाता है, इसलिए नाम 's' सतहहै। s-प्लेन में पॉइंट्स फॉर्म लेते हैं $s=\sigma +j\omega$, जहां 'j' का उपयोग सामान्य 'i' के बजाय काल्पनिक घटक का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है।

कॉम्प्लेक्स तल का एक अन्य संबंधित उपयोग निक्विस्ट स्थिरता मानदंड के साथ है। यह एक ज्यामितीय सिद्धांत है जो सम्मिश्र तल में आवृत्ति(या लूप स्थानांतरण प्रकार्य) के फ़ंक्शन के रूप में अपने ओपन-लूप परिमाण और चरण प्रतिक्रिया के निक्विस्ट प्लॉट का निरीक्षण करके बंद-लूप प्रतिक्रिया व्यवस्था की स्थिरता को निर्धारित करने की अनुमति देता है।

z-प्लेन s-प्लेन का असतत-समय संस्करण है, जहां लाप्लास परिवर्तन के बजाय z-परिणत का उपयोग किया जाता है।

द्विघात स्थान

सम्मिश्र तल दो अलग-अलग द्विघात स्थानों से जुड़ा है। एक बिंदु के लिए z = x + iy सम्मिश्र सतहमें, वर्ग(बीजगणित) z² और मानदंड-वर्ग $x^{2}+y^{2}$ दोनों द्विघात रूप हैं। सम्मिश्र सतहपर एक मीट्रिक(गणित) स्थापित करने में उत्तरार्द्ध के उपयोग के चलते पूर्व को प्रायः उपेक्षित किया जाता है। केली-डिक्सन प्रक्रिया के साथ एक क्षेत्र पर बीजगणित के निर्माण में द्विघात स्थान के रूप में सम्मिश्र सतहके ये अलग चेहरे उत्पन्न होते हैं। उस प्रक्रिया को किसी भी क्षेत्र(गणित) पर लागू किया जा सकता है, और फ़ील्ड आर और सी के लिए अलग-अलग परिणाम होते हैं: जब आर टेक-ऑफ फील्ड होता है, तो सी द्विघात रूप से बनाया जाता है $x^{2}+y^{2},$ लेकिन प्रक्रिया C और z से भी प्रारंभ हो सकती है, और वह स्थिति उन बीजगणितों को उत्पन्न करती है जो R से प्राप्त बीजगणित से भिन्न होते हैं। किसी भी स्थिति में, उत्पन्न बीजगणित संघटन बीजगणित होते हैं; इस मामले में सम्मिश्र तल दो अलग-अलग रचना बीजगणित के लिए निर्धारित बिंदु है।

सम्मिश्र सतह के अन्य अर्थ

इस लेख के पूर्ववर्ती खंड सम्मिश्र संख्याओं के ज्यामितीय प्रतिनिधित्व के संदर्भ में सम्मिश्र सतह से निपटते हैं। यद्यपि सम्मिश्र तल शब्द के इस प्रयोग का एक लंबा और गणितीय रूप से समृद्ध इतिहास है, यह किसी भी तरह से एकमात्र गणितीय अवधारणा नहीं है जिसे सम्मिश्र तल के रूप में वर्णित किया जा सकता है। कम से कम तीन अतिरिक्त संभावनाएं हैं।

1. द्वि-आयामी सम्मिश्र सदिश स्थान, एक सम्मिश्र तल इस अर्थ में कि यह एक द्वि-आयामी सदिश स्थान है जिसके निर्देशांक सम्मिश्र संख्याएँ हैं। यह सभी देखें: कॉम्प्लेक्स एफाइन स्पेस § दो आयाम। § Notes.
2. (1 + 1)-विमीय मिन्कोवस्की अंतरिक्ष, जिसे विभाजित-सम्मिश्र संख्या के रूप में भी जाना जाता है, इस अर्थ में एक सम्मिश्र सतह है कि बीजगणितीय स्प्लिट-कॉम्प्लेक्स संख्याओं को दो वास्तविक घटकों में अलग किया जा सकता है जो आसानी से बिंदु से जुड़े होते हैं (x, y) कार्तीय तल में।
3. वास्तविक पर दोहरी संख्याओं के सेट को अंकों के साथ एक-से-एक सामंजस्य में भी रखा जा सकता है (x, y) कार्टेशियन सतह का, और एक सम्मिश्र सतह का एक और उदाहरण प्रस्तुत करता है।

यह भी देखे

मैंडेलब्रॉट फ्रैक्टल, एक सम्मिश्र तल पर प्रतिबिम्बित

• नक्षत्र आरेख

• रीमैन क्षेत्र
• s-विमान
• इन-फेज और क्वाडरेचर घटक
• वास्तविक रेखा

संदर्भ

उद्धृत कार्य

• Flanigan, Francis J. (1983). जटिल चर: हार्मोनिक और विश्लेषणात्मक कार्य. Dover. ISBN 0-486-61388-7.
• Moretti, Gino (1964). एक जटिल चर के कार्य. Prentice-Hall.
• Wall, H. S. (1948). निरंतर भिन्नों का विश्लेषणात्मक सिद्धांत. D. Van Nostrand Company. चेल्सी पब्लिशिंग कंपनी द्वारा पुनर्मुद्रित(1973)। ISBN 0-8284-0207-8.
• Whittaker, E. T.; Watson, G. N. (1927). आधुनिक विश्लेषण में एक कोर्स (Fourth ed.). Cambridge University Press.

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बाहरी संबंध

• Weisstein, Eric W. "Argand Diagram". MathWorld.
• Jean-Robert Argand, "Essai sur une manière de représenter des quantités imaginaires dans les constructions géométriques", 1806, online and analyzed on BibNum [for English version, click 'à télécharger']