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千葉大学 理学研究科 基盤理学専攻 数学・情報数理学コース 2016年8月実施 専門 B5

Author​

祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)

Description​

次の各条件を満たす整関数 ff を全て求めよ。

(1) 全ての z∈Cz\in\mathbb C で ∣f(z)∣≤∣z∣|f(z)|\le|z|。

(2) ある正整数 kk と M>0M>0 が存在し、全ての zz で ∣f(z)∣≤M∣z∣k|f(z)|\le M|z|^k。

(3) ある正整数 kk と M>0M>0 が存在し、∣z∣>1|z|>1 で ∣f(z)∣≤M∣z∣k|f(z)|\le M|z|^k。

(4) f(0)=f′(0)=0,f(1)=1f(0)=f'(0)=0,f(1)=1 かつ全ての zz で ∣f′(z)∣≤2∣z∣|f'(z)|\le2|z|。

题目描述​

分别求满足以下条件的全部整函数。

(1) 对所有 zz,∣f(z)∣≤∣z∣|f(z)|\le|z|。

(2) 存在正整数 kk 和 M>0M>0,对所有 zz,∣f(z)∣≤M∣z∣k|f(z)|\le M|z|^k。

(3) 同样的增长界只要求在 ∣z∣>1|z|>1 成立。

(4) f(0)=f′(0)=0,f(1)=1f(0)=f'(0)=0,f(1)=1,且对所有 zz 有 ∣f′(z)∣≤2∣z∣|f'(z)|\le2|z|。

Kai​

(1)​

f(0)=0f(0)=0 なので g(z)=f(z)/zg(z)=f(z)/z は原点で可除特異点を持ち、整関数に延長される。∣g∣≤1|g|\le1 より Liouville の定理から gg は定数。従って

f(z)=az(∣a∣≤1).f(z)=az\qquad(|a|\le1).

これらは全て条件を満たす。

(2)​

f(z)=∑j≥0ajzjf(z)=\sum_{j\ge0}a_jz^j とする。Cauchy の評価から任意の R>0R>0 について

∣aj∣≤MRk−j.|a_j|\le MR^{k-j}.

j<kj<k では R↓0R\downarrow0、j>kj>k では R→∞R\to\infty として aj=0a_j=0。従って

f(z)=azk(a∈C, k≥1).f(z)=az^k\qquad(a\in\mathbb C,\ k\ge1).

逆に M≥∣a∣M\ge|a| とすれば条件を満たす。零関数も含まれる。

(3)​

同じ評価を R>1R>1 で用い、R→∞R\to\infty とすると aj=0a_j=0(j>kj>k)。従って ff は次数が kk 以下の多項式。

逆に任意の多項式 f(z)=∑j=0dajzjf(z)=\sum_{j=0}^da_jz^j に対し、k=max⁡(1,d)k=\max(1,d)、M=1+∑j∣aj∣M=1+\sum_j|a_j| とすれば ∣z∣>1|z|>1 で条件を満たす。よって答えは全ての多項式である。

(4)​

(1) を f′/2f'/2 に適用すると f′(z)=azf'(z)=az(∣a∣≤2|a|\le2)。積分して f(z)=az2/2+bf(z)=az^2/2+b。f(0)=0,f(1)=1f(0)=0,f(1)=1 より b=0,a=2b=0,a=2。従って唯一の解は f(z)=z2f(z)=z^2。