शून्य और ध्रुव

जटिल विश्लेषण (गणित की एक शाखा) में, एक ध्रुव एक जटिल संख्या चर के जटिल-मूल्य वाले फ़ंक्शन की एक निश्चित प्रकार की विलक्षणता (गणित) है। यह ऐसे फ़ंक्शन की गैर-हटाने योग्य विलक्षणता का सबसे सरल प्रकार है (आवश्यक विलक्षणता देखें)। तकनीकी रूप से, एक बिंदु z₀ किसी फ़ंक्शन का ध्रुव है f यदि यह फ़ंक्शन के किसी फ़ंक्शन का शून्य है 1/f और 1/f कुछ पड़ोस (गणित) में होलोमोर्फिक फ़ंक्शन (यानी जटिल भिन्न) है z₀.

एक समारोह f एक खुले सेट में मेरोमोर्फिक फ़ंक्शन है U यदि प्रत्येक बिंदु के लिए z का U का एक पड़ोस है z जिसमें या तो f या 1/f होलोमोर्फिक है।

अगर f मेरोमोर्फिक है U, फिर शून्य f का एक ध्रुव है 1/f, और का एक ध्रुव f का एक शून्य है 1/f. यह शून्य और ध्रुवों के बीच द्वंद्व उत्पन्न करता है, जो मेरोमोर्फिक कार्यों के अध्ययन के लिए मौलिक है। उदाहरण के लिए, यदि कोई फ़ंक्शन पूरे जटिल विमान और अनंत पर बिंदु पर मेरोमोर्फिक है, तो उसके ध्रुवों की बहुलता (गणित) का योग उसके शून्यों की बहुलता के योग के बराबर होता है।

परिभाषाएँ

एक जटिल चर का एक कार्य z एक खुले सेट में होलोमोर्फिक फ़ंक्शन है U यदि यह के संबंध में अवकलनीय कार्य है z के हर बिंदु पर U. समान रूप से, यह होलोमोर्फिक है यदि यह विश्लेषणात्मक कार्य है, अर्थात, यदि इसकी टेलर श्रृंखला प्रत्येक बिंदु पर मौजूद है U, और बिंदु के कुछ पड़ोस (गणित) में फ़ंक्शन में परिवर्तित हो जाता है। एक फ़ंक्शन मेरोमोर्फिक फ़ंक्शन है U यदि प्रत्येक बिंदु U का एक पड़ोस ऐसा भी है f या 1/f इसमें होलोमोर्फिक है।

मेरोमोर्फिक फ़ंक्शन के फ़ंक्शन का शून्य f एक सम्मिश्र संख्या है z ऐसा है कि f(z) = 0. का एक खंभा f का एक शून्य है 1/f.

अगर f एक फ़ंक्शन है जो एक बिंदु के पड़ोस में मेरोमोर्फिक है $z_{0}$ जटिल तल का, तब एक पूर्णांक मौजूद होता है n ऐसा है कि

$(z-z_{0})^{n}f(z)$

के पड़ोस में होलोमोर्फिक और नॉनज़रो है $z_{0}$ (यह विश्लेषणात्मक संपत्ति का परिणाम है)। अगर n > 0, तब $z_{0}$ 'आदेश' (या बहुलता) का एक ध्रुव है n का f. अगर n < 0, तब $z_{0}$ आदेश का शून्य है $|n|$ का f. सरल शून्य और सरल ध्रुव ऐसे शब्द हैं जिनका उपयोग शून्य और क्रम के ध्रुवों के लिए किया जाता है $|n|=1.$ डिग्री को कभी-कभी ऑर्डर के पर्यायवाची के रूप में उपयोग किया जाता है।

शून्य और ध्रुव के इस लक्षण वर्णन से पता चलता है कि शून्य और ध्रुव पृथक बिंदु हैं, अर्थात प्रत्येक शून्य या ध्रुव का एक पड़ोस होता है जिसमें कोई अन्य शून्य और ध्रुव नहीं होता है।

शून्य और ध्रुवों के क्रम को एक गैर-ऋणात्मक संख्या के रूप में परिभाषित किए जाने के कारण n और उनके बीच समरूपता, क्रम के ध्रुव पर विचार करना अक्सर उपयोगी होता है n ऑर्डर के शून्य के रूप में –n और ऑर्डर का शून्य n व्यवस्था के ध्रुव के रूप में –n. इस मामले में एक बिंदु जो न तो ध्रुव है और न ही शून्य है, उसे क्रम 0 के ध्रुव (या शून्य) के रूप में देखा जाता है।

एक मेरोमॉर्फिक फ़ंक्शन में अनंत रूप से कई शून्य और ध्रुव हो सकते हैं। यह गामा फ़ंक्शन (इन्फोबॉक्स में छवि देखें) का मामला है, जो पूरे जटिल विमान में मेरोमोर्फिक है, और प्रत्येक गैर-धनात्मक पूर्णांक पर एक सरल ध्रुव है। रीमैन ज़ेटा फ़ंक्शन पूरे जटिल विमान में भी मेरोमोर्फिक है, जिसमें क्रम 1 का एकल ध्रुव है z = 1. बाएं आधे तल में इसके शून्य सभी ऋणात्मक सम पूर्णांक हैं, और रीमैन परिकल्पना यह अनुमान है कि अन्य सभी शून्य साथ में हैं Re(z) = 1/2.

एक बिंदु के पड़ोस में $z_{0},$ एक गैर-शून्य मेरोमोर्फिक फ़ंक्शन f अधिकतम परिमित मुख्य भाग वाली लॉरेंट श्रृंखला का योग है (नकारात्मक सूचकांक मान वाले पद):

$f(z)=\sum _{k\geq -n}a_{k}(z-z_{0})^{k},$

कहाँ n एक पूर्णांक है, और $a_{-n}\neq 0.$ फिर, यदि n > 0 (योग शुरू होता है $a_{-|n|}(z-z_{0})^{-|n|}$, प्रमुख भाग है n शर्तें), किसी के पास आदेश का एक ध्रुव है n, और अगर n ≤ 0 (योग शुरू होता है $a_{|n|}(z-z_{0})^{|n|}$, कोई प्रमुख भाग नहीं है), एक के पास क्रम का शून्य है $|n|$.

अनंत पर

एक समारोह $z\mapsto f(z)$ अनंत पर मेरोमोर्फिक है यदि यह अनंत के किसी पड़ोस में मेरोमोर्फिक है (जो कि कुछ डिस्क (गणित) के बाहर है), और एक पूर्णांक है n ऐसा है कि

$\lim _{z\to \infty }{\frac {f(z)}{z^{n}}}$

मौजूद है और एक शून्येतर सम्मिश्र संख्या है।

इस मामले में, अनंत पर बिंदु क्रम का ध्रुव है n अगर n > 0, और ऑर्डर का शून्य $|n|$ अगर n < 0.

उदाहरण के लिए, डिग्री का एक बहुपद nडिग्री का एक पोल है n अनंत पर.

अनंत पर एक बिंदु द्वारा विस्तारित जटिल विमान को रीमैन क्षेत्र कहा जाता है।

अगर f एक फ़ंक्शन है जो पूरे रीमैन क्षेत्र पर मेरोमॉर्फिक है, फिर इसमें शून्य और ध्रुवों की एक सीमित संख्या होती है, और इसके ध्रुवों के आदेशों का योग इसके शून्यों के आदेशों के योग के बराबर होता है।

प्रत्येक तर्कसंगत फ़ंक्शन पूरे रीमैन क्षेत्र पर मेरोमोर्फिक है, और, इस मामले में, शून्य या ध्रुवों के आदेशों का योग अंश और हर की डिग्री का अधिकतम है।

उदाहरण

घात 9 के एक बहुपद में ∞ पर क्रम 9 का एक ध्रुव होता है, यहां रीमैन क्षेत्र के डोमेन रंग द्वारा प्लॉट किया गया है।

* कार्यक्रम

$f(z)={\frac {3}{z}}$

पूरे रीमैन क्षेत्र पर मेरोमोर्फिक है। इसमें ऑर्डर 1 का एक पोल या साधारण पोल होता है $z=0,$ और अनंत पर एक साधारण शून्य.

• कार्यक्रम

$f(z)={\frac {z+2}{(z-5)^{2}(z+7)^{3}}}$

पूरे रीमैन क्षेत्र पर मेरोमोर्फिक है। इसमें ऑर्डर 2 का एक पोल है $z=5,$ और क्रम 3 का एक खंभा $z=-7$. इसमें एक साधारण शून्य है $z=-2,$ और अनंत पर एक चौगुना शून्य।

• कार्यक्रम

$f(z)={\frac {z-4}{e^{z}-1}}$

संपूर्ण जटिल तल में मेरोमोर्फिक है, लेकिन अनंत पर नहीं। इसमें क्रम 1 के ध्रुव हैं $z=2\pi ni{\text{ for }}n\in \mathbb {Z}$. इसे टेलर श्रृंखला लिखकर देखा जा सकता है $e^{z}$ मूल के आसपास.

• कार्यक्रम

$f(z)=z$

क्रम 1 के अनंत पर एक एकल ध्रुव है, और मूल पर एक एकल शून्य है।

तीसरे को छोड़कर उपरोक्त सभी उदाहरण तर्कसंगत फलन हैं। ऐसे फलनों के शून्यों और ध्रुवों की सामान्य चर्चा के लिए देखें Pole–zero plot § Continuous-time systems.

वक्र पर कार्य

शून्य और ध्रुवों की अवधारणा स्वाभाविक रूप से एक जटिल वक्र पर कार्यों तक फैली हुई है, जो कि आयाम एक (जटिल संख्याओं पर) का जटिल विश्लेषणात्मक मैनिफोल्ड है। ऐसे वक्रों के सबसे सरल उदाहरण जटिल तल और रीमैन सतह हैं। यह विस्तार एटलस (टोपोलॉजी) के माध्यम से संरचनाओं और गुणों को स्थानांतरित करके किया जाता है, जो विश्लेषणात्मक समाकृतिकता हैं।

अधिक सटीक रूप से, चलो f एक जटिल वक्र से एक फ़ंक्शन बनें Mसंमिश्र संख्याओं के लिए। यह फ़ंक्शन एक बिंदु के पड़ोस में होलोमोर्फिक (सम्मान मेरोमोर्फिक) है z का M यदि कोई चार्ट है $\phi$ ऐसा है कि $f\circ \phi ^{-1}$ के पड़ोस में होलोमोर्फिक (सम्मान मेरोमोर्फिक) है $\phi (z).$ तब, z एक ध्रुव या क्रम का शून्य है n यदि यही सत्य है $\phi (z).$ यदि वक्र सघन स्थान है, और कार्य f पूरे वक्र पर मेरोमोर्फिक है, तो शून्य और ध्रुवों की संख्या सीमित है, और ध्रुवों के आदेशों का योग शून्यों के आदेशों के योग के बराबर है। यह उन बुनियादी तथ्यों में से एक है जो रीमैन-रोच प्रमेय में शामिल हैं।

यह भी देखें

• Control theory § Stability
• फ़िल्टर डिज़ाइन
• फ़िल्टर (सिग्नल प्रोसेसिंग)
• गॉस-लुकास प्रमेय
• हर्विट्ज़ प्रमेय (जटिल विश्लेषण)
• मार्डेन का प्रमेय
• नाइक्विस्ट स्थिरता मानदंड
• ध्रुव-शून्य प्लॉट
• अवशेष (जटिल विश्लेषण)
• रूचे का प्रमेय
• सेंडोव का अनुमान

संदर्भ

• Conway, John B. (1986). Functions of One Complex Variable I. Springer. ISBN 0-387-90328-3.
• Conway, John B. (1995). Functions of One Complex Variable II. Springer. ISBN 0-387-94460-5.
• Henrici, Peter (1974). Applied and Computational Complex Analysis 1. John Wiley & Sons.

बाहरी संबंध

• Weisstein, Eric W. "Pole". MathWorld.