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Stefan Kebekus
2025-10-21 13:56:14 +02:00
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@@ -302,7 +302,7 @@ zwischen Differenzierbarkeit und komplexer Differenzierbarkeit wissen.
\end{enumerate} \end{enumerate}
\end{satz} \end{satz}
\begin{proof} \begin{proof}
Es ist lediglich die Implikation \ref{il:2-3-5-4} $\Leftrightarrow$ Es ist lediglich die Implikation \ref{il:2-3-5-4} $$
\ref{il:2-3-5-2} interessant. Betrachte dazu die Ableitungsmatrix von $f$ wie \ref{il:2-3-5-2} interessant. Betrachte dazu die Ableitungsmatrix von $f$ wie
in Erinnerung~\ref{eri:2-2-1} und vergleiche die Cauchy-Riemann Gleichungen in Erinnerung~\ref{eri:2-2-1} und vergleiche die Cauchy-Riemann Gleichungen
\eqref{eq:2-2-2-1} mit Erinnerung~\ref{eri:2-3-2}. \eqref{eq:2-2-2-1} mit Erinnerung~\ref{eri:2-3-2}.

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@@ -58,16 +58,16 @@ Die folgenden Aussagen sollten Ihnen aus den Analysis-Vorlesungen bekannt sein.
\end{prop} \end{prop}
Wir erinnern uns an Analysis I: Integration ist einfach, wenn ich eine Wir erinnern uns an Analysis I: Integration ist einfach, wenn ich eine
Stammfunktion habe. Stammfunktion habe.
\begin{definition}[Stammfunktionen]\label{def:3-1-5}% \begin{definition}[Stammfunktionen]\label{def:3-1-5}%
Sei $f: [a,b] → V$ stetig. Eine Abbildung $F: [a,b] → V$ heißt Sei $f: [a,b] → V$ stetig. Eine Abbildung $F: [a,b] → V$ heißt
Stammfunktion\index{Stammfunktion!von Funktion auf $\bR$} von $f$, falls $F$ Stammfunktion\index{Stammfunktion!von Funktion auf $$} von $f$, falls $F$
differenzierbar ist und die Gleichung $F' = f$ gilt. differenzierbar ist und die Gleichung $F' = f$ gilt.
\end{definition} \end{definition}
Achtung! Wir werden im Abschnitt~\vref{sec:3-3} noch einen weiteren Begriff von Achtung! Wir werden im Abschnitt~\vref{sec:3-3} noch einen weiteren Begriff von
Stammfunktion einführen, für komplexe Ableitungen von Funktionen auf $$. Bitte Stammfunktion einführen, für komplexe Ableitungen von Funktionen auf $$. Bitte
diese Begriffe nicht verwechseln! diese Begriffe nicht verwechseln!
\begin{satz}[Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung] \begin{satz}[Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung]
@@ -246,7 +246,7 @@ diese Begriffe nicht verwechseln!
\begin{definition}[Stammfunktion]\label{def:3-3-1}% \begin{definition}[Stammfunktion]\label{def:3-3-1}%
Sei $U ⊂ $ offen und $f: U → $ stetig. Eine holomorphe Funktion $F: U → $ Sei $U ⊂ $ offen und $f: U → $ stetig. Eine holomorphe Funktion $F: U → $
heißt \emph{komplexe Stammfunktion}\index{Stammfunktion!von Abbildung auf heißt \emph{komplexe Stammfunktion}\index{Stammfunktion!von Abbildung auf
$\bC$} von $f$, wenn $F' = f$ ist. $$} von $f$, wenn $F' = f$ ist.
\end{definition} \end{definition}
Wir haben zwei Begriffe von Stammfunktionen: Definition~\ref{def:3-1-5} für Wir haben zwei Begriffe von Stammfunktionen: Definition~\ref{def:3-1-5} für
@@ -261,8 +261,8 @@ Die Begriffe hängen offenbar zusammen.
(F ◦ γ)' & = (F' ◦ γ) · γ' && \text{reell-komplexe Kettenregel} \\ (F ◦ γ)' & = (F' ◦ γ) · γ' && \text{reell-komplexe Kettenregel} \\
& = (f ◦ γ) · γ' & = (f ◦ γ) · γ'
\end{align*} \end{align*}
Zusammenfassung: Im Sinne von Definition~\ref{def:3-1-5} ist $F◦γ$ eine Zusammenfassung: Im Sinne von Definition~\ref{def:3-1-5} ist $F◦γ$ eine
Stammfunktion von $(f◦γ)·γ'$. Also gilt nach dem Hauptsatz der Differenzial- Stammfunktion von $(f◦γ)·γ'$. Also gilt nach dem Hauptsatz der Differenzial-
und Integralrechnung die Gleichung und Integralrechnung die Gleichung
\[ \[
\int_γ f(z) \, dz = \int_a^b [f ◦ γ(t)] · γ'(t) \, dt = [F ◦ γ](b) - [F ◦ γ](a). \int_γ f(z) \, dz = \int_a^b [f ◦ γ(t)] · γ'(t) \, dt = [F ◦ γ](b) - [F ◦ γ](a).

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@@ -16,8 +16,8 @@ uns an zwei elementare Fakten der Analysis und Topologie.
\begin{enumerate} \begin{enumerate}
\item Die Bildmenge $γ(K) ⊂ U$ ist kompakt. \item Die Bildmenge $γ(K) ⊂ U$ ist kompakt.
\item Es gibt endlich viele Kreisscheiben $Δ_1, …, Δ_n$ in $U$, \item Es gibt endlich viele Kreisscheiben $Δ_1, …, Δ_n$ in $U$, die die
die die Bildmenge $γ(K)$ überdecken. In Formelsprache: Bildmenge $γ(K)$ überdecken. In Formelsprache:
\[ \[
γ(K)_{j=1}^n Δ_j ⊆ U. γ(K)_{j=1}^n Δ_j ⊆ U.
\] \]
@@ -174,10 +174,10 @@ $γ_0$ und $γ_1$ interpoliert.
\begin{bemerkung} \begin{bemerkung}
Wir haben noch kein Kriterium dafür, dass eine Menge \emph{nicht} einfach Wir haben noch kein Kriterium dafür, dass eine Menge \emph{nicht} einfach
zusammenhängend ist. Halten Sie durch! Der Integralsatz von Cauchy wird uns zusammenhängend ist. Halten Sie durch! Der Integralsatz von Cauchy wird uns
aber bald ein solches Kriterium liefern und wir werden in aber bald ein solches Kriterium liefern und wir werden in
Beispiel~\vref{bsp:4-3-3} die (anschaulich vielleicht völlig einsichtige) Beispiel~\vref{bsp:4-3-3} die (anschaulich vielleicht völlig einsichtige)
Behauptung zeigen, dass $\bC^*$ nicht einfach zusammenhängend ist. Behauptung zeigen, dass $^*$ nicht einfach zusammenhängend ist.
\end{bemerkung} \end{bemerkung}
@@ -186,76 +186,76 @@ $γ_0$ und $γ_1$ interpoliert.
\sideremark{Vorlesung 6} \sideremark{Vorlesung 6}
Nach den vorhergehenden Abschnitten werden Sie sich schon denken, was jetzt Nach den vorhergehenden Abschnitten werden Sie sich schon denken, was jetzt
kommt: Wegintegrale über homotope Wege sind gleich. Der folgende Satz stellt kommt: Wegintegrale über homotope Wege sind gleich. Der folgende Satz stellt
dies präzise dar. dies präzise dar.
\begin{satz}[Homotopieinvarianz von Wegintegralen] \begin{satz}[Homotopieinvarianz von Wegintegralen]
Es sei $U ⊂ $ offen und es sei $f : U → $ holomorph. Weiter seien $γ_0, γ_1 Es sei $U ⊂ $ offen und es sei $f : U → $ holomorph. Weiter seien $γ_0, γ_1
: [a, b] → U$ zwei stetige Wege mit $γ_0(a) = γ_1(a)$ und $γ_0(b) = γ_1(b)$. : [a, b] → U$ zwei stetige Wege mit $γ_0(a) = γ_1(a)$ und $γ_0(b) = γ_1(b)$.
Wenn $\gamma_0$ und $\gamma_1$ zueinander homotop sind, dann gilt die Wenn $γ_0$ und $γ_1$ zueinander homotop sind, dann gilt die Gleichheit
Gleichheit
\begin{equation}\label{eq:4-3-1-1} \begin{equation}\label{eq:4-3-1-1}
\int_{γ_0} f(z) \, dz = \int_{γ_1} f(z) \, dz. \int_{γ_0} f(z) \, dz = \int_{γ_1} f(z) \, dz.
\end{equation} \end{equation}
\end{satz} \end{satz}
\begin{proof}[Beweis durch Bild] \begin{proof}[Beweis durch Bild]
Wie in Definition~\ref{def:3-4-1} sei Wie in Definition~\ref{def:3-4-1} sei
\[ \[
Γ: [a, b] [0, 1] \longrightarrow U Γ: [a, b] [0, 1] \longrightarrow U
\] \]
eine Homotopie zwischen den Wegen $γ_0$ und $γ_1$. Weil die Menge $[a, b] eine Homotopie zwischen den Wegen $γ_0$ und $γ_1$. Weil die Menge $[a, b]
[0, 1]$ kompakt ist, können wir nach Erinnerung~\ref{eri:3-4-1} die Bildmenge [0, 1]$ kompakt ist, können wir nach Erinnerung~\ref{eri:3-4-1} die Bildmenge
$γ([a, b] [0, 1]) ⊂ U$ ist kompakt mit endlich viele Kreisscheiben $Δ_1, …, $γ\bigl([a, b] [0, 1]\bigr) ⊂ U$ ist kompakt mit endlich viele Kreisscheiben $Δ_1, …,
Δ_n$ aus $U$ überdecken. Weiter können wir eine Unterteilung der Intervalle Δ_n$ aus $U$ überdecken. Weiter können wir eine Unterteilung der Intervalle
finden, finden,
\begin{align*} \begin{align*}
a & = t_0 < t_1 < t_2 < … < t_m = b && \text{von } [a, b], \\ a & = t_0 < t_1 < t_2 < … < t_m = b && \text{von } [a, b], \\
0 & = s_0 < s_1 < s_2 < … < s_k = 1 && \text{von } [0, 1], 0 & = s_0 < s_1 < s_2 < … < s_k = 1 && \text{von } [0, 1],
\end{align*} \end{align*}
sodass für alle Indizes $0 ≤ j < m$ und $0 ≤ l < k$ die Bildmenge $Γ([t_j, sodass für alle Indizes $0 ≤ j < m$ und $0 ≤ l < k$ die Bildmenge
t_{j+1}] [s_l, s_{l+1}])$ ganz in einer der Kreisscheiben $Δ_1, …, Δ_n$ $Γ\bigl([t_j, t_{j+1}] [s_l, s_{l+1}]\bigr)$ ganz in einer der Kreisscheiben
liegt. Als Nächstes wenden wir Satz~\ref{satz:3-3-11} an und wählen für jede $Δ_1, …, Δ_n$ liegt. Als Nächstes wenden wir Satz~\ref{satz:3-3-11} an und
Kreisscheibe $Δ_i$ eine Stammfunktion $F_i: Δ_i → $ von $f|_{\Delta_i}$. Nach wählen für jede Kreisscheibe $Δ_i$ eine Stammfunktion $F_i: Δ_i → $ von
Konsequenz~\ref{kons:3-3-3} gilt dann für jeden der in $f|_{Δ_i}$. Nach Konsequenz~\ref{kons:3-3-3} gilt dann für jeden der in
Abbildung~\ref{fig:4-3-1-1} eingezeichneten (geschlossenen!) Wege Abbildung~\ref{fig:4-3-1-1} eingezeichneten (geschlossenen!) Wege $β_{i,j}$
$\beta_{i,j}$ die Gleichung die Gleichung
\[ \[
\int_{\beta_{j,l}} f(z) \, dz = 0. \int_{β_{j,l}} f(z) \, dz = 0.
\] \]
Gleichung~\eqref{eq:4-3-1-1} folgt nun durch Addition über alle Indizes $i$ Gleichung~\eqref{eq:4-3-1-1} folgt nun durch Addition über alle Indizes $i$
und $j$. und $j$. Man beachte dabei, dass sich Wegeintegrale über entgegengesetzt
orientierte Wege aufheben.
\begin{figure} \begin{figure}
\begin{center} \begin{center}
\includegraphics[width=13cm]{04-homotopie-2.png} \includegraphics[width=13cm]{04-homotopie-2.png}
\end{center} \end{center}
\caption{Die geschlossenen Wege $\beta_{j,l}$ in der Homotopie \caption{Die geschlossenen Wege $β_{j,l}$ in der Homotopie $Γ: [a,b] [0,1] → U$.}
$Γ: [a,b] [0,1] → U$.}
\label{fig:4-3-1-1} \label{fig:4-3-1-1}
\end{figure} \end{figure}
\end{proof} \end{proof}
\begin{kor}[Integralsatz von Cauchy] \begin{kor}[Integralsatz von Cauchy]
Es sei $U ⊂ $ offen und es sei $f : U → $ holomorph. Weiter seien $γ : [a, Es sei $U ⊂ $ offen und es sei $f : U → $ holomorph. Weiter seien $γ : [a,
b] → U$ ein zusammenziehbarer, stetiger Weg. Dann ist b] → U$ ein zusammenziehbarer, stetiger Weg. Dann ist
\[ \[
\int_{\gamma} f(z) \, dz = 0. \int_{γ} f(z) \, dz = 0.
\] \]
\end{kor} \end{kor}
\begin{bsp}[Die Menge $\bC^*$ ist nicht einfach zusammenhängend]\label{bsp:4-3-3}% \begin{bsp}[Die Menge $^*$ ist nicht einfach zusammenhängend]\label{bsp:4-3-3}%
Wir betrachten die offene Menge $U := \bC^* = \bC \setminus \{0\}$ und die Wir betrachten die offene Menge $U := ^* = \{0\}$ und die
holomorphe Funktion $f: U → \bC$, $f(z) := 1/z$. Weiter betrachten wir den holomorphe Funktion $f: U → $, $z ↦ 1/z$. Weiter betrachten wir den
geschlossenen Weg geschlossenen Kreisweg
\[ \[
γ: [0, 1] → U, \quad t ↦ e^{2πi t}. γ: [0, 1] → U, \quad t ↦ e^{2πi t}.
\] \]
Wir haben haben in Beispiel~\vref{bsp:3-2-2} aber bereits ausgerechnet, dass Wir haben haben in Beispiel~\vref{bsp:3-2-2} aber bereits ausgerechnet, dass
das Wegintegral gleich
\[ \[
\int_γ \frac{1}{z} \, dz = 2πi \int_γ \frac{1}{z} \, dz = 2πi
\] \]
ist. Nach dem Integralsatz von Cauchy ist der Weg $γ$ also nicht ist. Nach dem Integralsatz von Cauchy ist der Weg $γ$ also nicht
zusammenziehbar. Wir haben damit gezeigt, dass die Menge $\bC^*$ nicht einfach zusammenziehbar. Wir haben damit gezeigt, dass die Menge $^*$ nicht einfach
zusammenhängend ist. zusammenhängend ist.
\end{bsp} \end{bsp}