Введение

Математическая теорема в комплексном анализе

В математике принцип максимального модуля в комплексном анализе утверждает, что если f — голоморфная функция, то модуль |f(z)| не может иметь строгого локального максимума внутри области определения f. Иными словами, либо f локально является постоянной функцией, либо для любой точки z внутри области определения f существуют другие точки, сколь угодно близкие к z, в которых f принимает большие значения.

Официальное заявление

Пусть f — голоморфная функция на некотором связном открытом подмножестве комплексной плоскости, принимающая комплексные значения. Если z₀ — точка в U такая, что

|f(z)| ≤ |f(z₀)|

для всех z в некоторой окрестности z₀, то f постоянна на U.
Это утверждение можно рассматривать как частный случай теоремы об открытом отображении, которая утверждает, что голоморфная функция, не являющаяся константой, отображает открытые множества на открытые множества: если f достигает локального максимума в z₀, то образ достаточно малой открытой окрестности z₀ не может быть открытым, следовательно, f постоянна.

Соответствующее заявление

Предположим, что $\Omega$ — ограниченное непустое связное открытое подмножество $\mathbb{C}$. Пусть $\overline{\Omega}$ — замыкание $\Omega$. Предположим, что $f$ — непрерывная функция, голоморфная на $\Omega$. Тогда $f$ достигает максимума в некоторой точке границы $\partial \Omega$.

Это следует из предыдущего утверждения следующим образом. Поскольку $\overline{\Omega}$ компактна и непуста, непрерывная функция $f$ достигает максимума в некоторой точке $z_0 \in \overline{\Omega}$. Если $z_0$ не лежит на границе, то принцип максимума модуля влечет, что $f$ постоянна, следовательно, $f$ достигает того же максимума в любой точке границы $\partial \Omega$.

Используя теорему средней стоимости Гаусса

Другое доказательство использует теорему Гаусса о среднем значении, чтобы "заставить" все точки внутри перекрывающихся открытых дисков принимать значение максимума. Диски располагаются таким образом, что их центры образуют ломаную линию от точки, где функция достигает максимума, до любой другой точки в области, оставаясь при этом полностью внутри области. Следовательно, существование максимального значения подразумевает, что все значения в области равны, то есть функция постоянна.

Использование интегральной формулы Коши

Поскольку область открыта, существует (замкнутый шар с центром в точке и радиусом ) такой, что. Мы определяем границу этого замкнутого шара с положительной ориентацией как. Применяя формулу интеграла Коши, получаем:

Для всех , , следовательно, Это также верно для всех шаров радиуса меньше, чем , с центром в точке . Поэтому для всех .

Теперь рассмотрим постоянную функцию для всех . Тогда можно построить последовательность различных точек, расположенных в области , где голоморфная функция обращается в ноль. Поскольку область замкнута, эта последовательность сходится к некоторой точке в этой области. Это означает, что функция обращается в ноль во всех точках области , что подразумевает для всех .

Физическая интерпретация

Физическая интерпретация этого принципа исходит из уравнения теплопроводности. А именно, поскольку функция гармонична, она представляет собой установившееся состояние теплового потока в области . Предположим, строгий максимум был достигнут во внутренней области , то тепло в этой точке будет рассеиваться в окружающие точки, что противоречит предположению о том, что это описывает установившееся состояние системы.