Serio de Laurent

[frame|dekstra|Serio de Laurent estas difinita kun respekto al aparta punkto *c* kaj taŭga vojo de integralado γ. La vojo de integralado devas kuŝi en ringoformaĵo (montrita en ruĝa) en kiu *f(z)* estas [holomorfa funkcio|holomorfa (analitika).]]

En matematiko, la **serio de Laurent** de kompleksa funkcio *f(z)* estas prezento de la funkcio kiel potencoserio kiu inkluzivas termojn ankaŭ de negativa grado. Ĝi povas esti uzata por esprimi kompleksan funkcion en okazoj en kiuj serio de Taylor ne povas esti uzata.

La serio de Laurent por kompleksa funkcio *f(z)* ĉirkaŭ punkto *c*

: f(z)=\sum_{n=-\infty}^\infty a_n(z-c)^n

kie la *an* estas konstantoj difinitaj per kurba integralo kiu estas ĝeneraligo de koŝia integrala formulo:

: a_n=\frac{1}{2\pi i} \oint_\gamma \frac{f(z)\,dz}{(z-c)^{n+1}}

La vojo de integralado γ estas fermita ĉirkaŭa kontraŭhorloĝnadla rektifebla vojo sen sin-intersekcojn, enhavanta punkton *c* kaj kuŝanta en ringoformaĵo *A* en kiu *f(z)* estas
holomorfa (analitika).

La elvolvaĵo por *f(z)* validas ĉie en ĉi tiu ringoformaĵo, simile al tio ke potencoserio de Taylor estas uzata por esprimi holomorfan funkcion difinitan sur disko.

En praktiko, ĉi tiu formulo estas malofte uzata ĉar la integraloj estas malfacilaj por kalkulado. Anstataŭe, oni tipe kreas la seriojn de Laurent per kombinado de sciata elvolvaĵoj de Taylor.

La nombroj *an* kaj *c* estas plej kutime prenita al esti kompleksaj nombroj, kvankam estas aliaj eblecoj, kiel priskribis pli sube.

## Konverĝo de serio de Laurent 
Estu

: \sum_{n=-\infty}^{\infty} a_n ( z - c )^n

donita serio de Laurent kun kompleksaj koeficientoj *an* kaj kompleksa centro *c*. Tiam ekzistas unikaj ena radiuso *r* kaj ekstera radiuso *R* tiaj ke:

* La serio de Laurent konverĝas sur la malfermita ringoformaĵo *A = {z : r r = \limsup_{n\rightarrow\infty} |a_{-n}|^{1/n}
: {1 \over R} = \limsup_{n\rightarrow\infty} |a_n|^{1/n}

Oni prenu ke *R* estas malfinio se ĉi tiu lasta limigo supera estas nulo.

Male, se starti kun ringoformaĵo de formo *A = {z : r -1* de la serio de Laurent de tia funkcio estas nomata kiel la restaĵo de *f(z)* je la specialaĵo *c*; ĝi ludas gravan rolon en la restaĵa teoremo.

## Ekzemploj 
Konsideru ekzemple funkcion *f(x) = e-1/x2* kun *f*(0) = 0. Kiel reela funkcio, ĝi estas ĉie malfinie multe diferencialebla; kiel kompleksa funkcio tamen ĝi estas ne diferencialebla je *x=0*. Per anstataŭo de *x* per *-1/x2* en la potencoserio por la eksponenta funkcio, oni ricevas serion de Laurent kiu konverĝas kaj estas egala al *f(x)* por ĉiuj kompleksaj nombroj *x* escepte de la specialaĵo *x=0*.

----

Kiel ekzemplo, estu

: f(z) = {1 \over (z-1)(z-2i)}

Ĉi tiu funkcio havas specialaĵojn je *z=1* kaj *z=2i*, kie la denominatoro de la esprimo estas nulo kaj la esprimo estas pro tio nedifinita.
Serio de Taylor ĉirkaŭ *z* = 0 (kiu liveras potencoserion) nur konverĝas en disko de radiuso 1, pro tio ke je ĉi tiu radiusio ĝi renkontas la specialaĵo je 1.

Tamen, estas tri eblaj serioj de Laurent ĉirkaŭ *z=0*, dependanta de la elektita regiono en la *z*-ebeno.

* La unua estas difinita sur la disko kie *|z|f(z) = \frac{1+2i}{5} \sum_{k=0}^\infty \left(\frac{1}{(2i)^{k+1}}-1\right)z^k

La tekniko engaĝas uzadon de partaj frakcioj por fendi la originalan esprimon por *f(z)* en du pli simplajn frakciojn kaj tiam uzas tion ke *1/(1-z)* estas formulo por sumo de geometria serio kun unua termo 1 kaj konstanta multiplikanto *z*.

* La dua serio estas difinita sur la ringoformaĵo kie *1 f(z) = \frac{1+2i}{5} \left(\sum_{k=1}^\infty \frac{1}{z^k} + \sum_{k=0}^\infty \frac{1}{(2i)^{k+1}}z^k\right)

* La tria serio estas difinita sur la malfinio ringoformaĵo kie *2 f(z) = \frac{1+2i}{5} \sum_{k=1}^\infty \frac{1-(2i)^{k-1}}{z^k}

(La termoj pli supre povas esti ricevitaj per polinoma divido.)

----

Por ekzemplo, konsideru

: f(z) = {e^z \over z} + e^{1/z}

Ĉi tiu funkcio estas holomorfa ĉie escepte de je *z=0*.

Por ricevi la elvolvaĵon de Laurent ĉirkaŭ *c=0*, oni uzu la serion de Taylor de la eksponenta funkcio:

: f(z) = \cdots + \left ( {1 \over 3!} \right ) z^{-3} + \left ( {1 \over 2!} \right ) z^{-2} + 2z^{-1} + 2 + \left ( {1 \over 2!} \right ) z + \left ( {1 \over 3!} \right ) z^2 + \left ( {1 \over 4!} \right ) z^3 + \cdots

kaj do la restaĵo de *f(z)* estas 2.

----

Por ekzemplo trovu la serion de Laurent en potencoj de *(z-i)* de

: \frac{1}{z^2 + 1}

Unue

: \frac{1}{z^2 + 1} =\frac{1}{(z-i)(z+i)}

kaj

: \frac{1}{z + i} = \frac{1} {2i + (z -i)}= -\frac{i} {2}\frac{1}{1-\frac{i}{2}(z - i)} 

La lasta frakcio povas esti elvolvita en geometria serio por *z* proksime al *i*:

: \frac{1}{1-\frac{i}{2}(z - i)}=1+\frac{i}{2}(z - i)+\left(\frac{i}{2}(z - i)\right)^2+\left(\frac{i}{2}(z - i)\right)^3+\cdots

Oni bezoni al multipliki la serio per la antaŭa frakcio, *-i/2*. Se fari ĉi tion kaj dividi ambaŭ flankoj per *z-i* rezultas

: \frac{1}{z^2 + 1}=-\left(\frac{i}{2}\right)\frac{1}{z-i}-\left(\frac{i}{2}\right)^2-\left(\frac{i}{2}\right)^3(z-i)-\left(\frac{i}{2}\right)^4(z-i)^2-\cdots

----

Konsideru trovadon de la serio de Laurent de la kvadrato de la funkcio pli supre

:  \frac{1}{(z^2 + 1)^2}

Por ĉi tio, oni povas simple preni kvadraton de la serio pli supre. Notu, ke por ĉiu grado de la rezulta serio, estas nur finie multaj termoj kiuj post multipliko donas la gradon. En la ekzemplo, termo de grado -2 de la rezulto estas la kvadrato de termo de grado -1 de la originala serio; kaj la termo de grado -1 estas dufoje la produto de termoj la gradoj -1 kaj 0 de la originala serio. La rezulto estas:

: \frac{-1}{4(z - i)^2} - \frac{i}{4(z - i)} + \frac{3}{16}+\cdots

## Ĉefa parto 
La **ĉefa parto** de serio de Laurent estas la serio de termoj kun negativa grado, tio estas

: \sum_{k=-\infty}^{-1} a_k (z-c)^k

Se la ĉefa parto de *f* estas finia sumo, do *f* havas poluson je *c* de ordo egala al negativo de la grado de la plej alta termo; aliflanke, se *f* havas esencan specialaĵon je *c*, la ĉefa parto estas malfinia sumo (estas malfinie multaj nenulaj termoj).

Se la ena konverĝoradiuso de la serio de Laurent por *f* estas 0, tiam ĉi tiu estas se kaj nur se: *f* havas esencan specialaĵon je *c* se kaj nur se la ĉefa parto estas malfinia sumo, kaj havas poluson alie.

Se la ena konverĝoradiuso estas pozitiva, *f* povas havi malfinie multajn negativajn termojn sed ankoraŭ esti regula je *c*, kiel en la ekzemplo pli supre, en kiu okazo ĝi estas prezentita per *malsama* serio de Laurent en disko ĉirkaŭ *c*.

Serio de Laurent kun nur finie multaj negativaj termoj povas esti prezentita kiel iu potencoserio de Taylor dividita per *zk*, kaj povas esti analizita simile. Serio de Laurent kun malfinie multaj negativaj termoj havas komplikan konduton en la ena rando de la areo de konverĝo.

## Sumo kaj produto 
Du serioj de Laurent ne povas ĝenerale esti multiplikita.

Algebre, la esprimo por la termoj de la produto povas engaĝi malfiniajn sumojn kiu ne nepre konverĝas.

Geometrie, la du serioj de Laurent povas havi ne interkovrantajn ringoformaĵoj de konverĝo.

Du serioj de Laurent kun nur *finie* multaj negativaj termoj povas esti multiplikitaj: algebre, la sumoj estas ĉiuj finia; geometrie, ĉi tiuj havas polusojn je *c*, kaj enan konverĝoradiuson 0, tiel ili ambaŭ konverĝas sur interkovrantaj ringoformaĵo.

Simile, sumo de du konverĝaj serioj de Laurent ne nepre ie konverĝas, sed la sumo de du baritaj desube serioj de Laurent (aŭ ĉiuj serioj de Laurent sur enpikita disko) havas ne-malplenan ringoformaĵon de konverĝo.

## Historio 
La serio de Laurent estas nomita post Pierre Alphonse Laurent, kiu la unua publikigis pri ĝi en 1843.

Karl Weierstrass eble esploris ĝin la unua en 1841 sed ne publikigis pri ĝi sufiĉe frue.

## Vidu ankaŭ 
* Serio de Taylor
* Polinomo de Laurent estas serio de Laurent en kiu nur finie multaj koeficientoj estas nenulaj. Polinomoj de Laurent malsamas de ordinaraj polinomoj en tio ke ili povas havi termojn de negativa grado.
* Formala serio de Laurent estas serio de Laurent konsiderata *formale*, kun koeficientoj de ajna komuta ringo, sen estimo por konverĝo, kaj kun nur finie multaj termoj de negativa gradp, tiel ke multipliko estas ĉiam difinis.
* Z-konverto estas la speciala okazo kie la serio de Laurent estas prenita ĉirkaŭ nulo.
* Serio de Fourier — la anstataŭo z=e^{\pi i w} konvertas serion de Laurent en serion de Fourier, aŭ male. Ĉi tiu estas uzita en la *q*-serio (ekspansio, elvolvaĵo) de la *j*-invarianto.

## Eksteraj ligiloj 
* 
* Serio de Laurent
* Serio de Laurent kaj aro de Mandelbrot de Robert Munafo
* 

Kategorio:Kompleksa analitiko
Kategorio:Matematika serio