複素数 z ∈ C を実部と虚部に分解して z = x + iy と書き、C の適当な領域 G 上の実可微分関数 f = u + iv : G → C に対し、偏微分
∂
f
∂
x
=
∂
u
∂
x
+
i
∂
v
∂
x
,
∂
f
∂
y
=
∂
u
∂
y
+
i
∂
v
∂
y
{\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial x}}={\frac {\partial u}{\partial x}}+i{\frac {\partial v}{\partial x}},\quad {\frac {\partial f}{\partial y}}={\frac {\partial u}{\partial y}}+i{\frac {\partial v}{\partial y}}}
を考えることができる。座標関数として x, y ではなく z = x + iy , z = x − iy を考えるとき、これとは別の偏微分作用素としてヴィルティンガー微分が定義されるが、複素数値関数を実部と虚部に明示的に分けずとも計算できるため扱いはより平易なものとなる。
可微分関数 f の全微分 df を偏微分 を用いて
d
f
=
∂
f
∂
x
d
x
+
∂
f
∂
y
d
y
{\displaystyle df={\frac {\partial f}{\partial x}}dx+{\frac {\partial f}{\partial y}}dy}
と書くとき、z = x + iy , z = x − iy とすれば微分小に関して
d
x
=
1
2
(
d
z
+
d
z
¯
)
,
d
y
=
i
2
(
d
z
¯
−
d
z
)
{\displaystyle dx={\frac {1}{2}}(dz+d{\bar {z}}),\quad dy={\frac {i}{2}}(d{\bar {z}}-dz)}
であり、これをもとの全微分に代入して整理したものを形式的に
d
f
=
∂
f
∂
z
d
z
+
∂
f
∂
z
¯
d
z
¯
{\displaystyle df={\frac {\partial f}{\partial z}}dz+{\frac {\partial f}{\partial {\bar {z}}}}d{\bar {z}}}
と書けば、各係数
∂
f
∂
z
:=
1
2
(
∂
f
∂
x
−
i
∂
f
∂
y
)
,
∂
f
∂
z
¯
:=
1
2
(
∂
f
∂
x
+
i
∂
f
∂
y
)
{\displaystyle {\frac {\partial f}{\partial z}}:={\frac {1}{2}}\left({\frac {\partial f}{\partial x}}-i{\frac {\partial f}{\partial y}}\right),\qquad {\frac {\partial f}{\partial {\bar {z}}}}:={\frac {1}{2}}\left({\frac {\partial f}{\partial x}}+i{\frac {\partial f}{\partial y}}\right)}
がヴィルティンガー微分 と呼ばれるものである[ 3] 。しばしば ∂f ⁄∂z および ∂f ⁄∂z をそれぞれ ∂f および ∂ f とも書き、また作用素 ∂ はコーシー–リーマン作用素 とも呼ばれる。
定義1. 複素平面
C
≡
R
2
=
{
(
x
,
y
)
∣
x
∈
R
,
y
∈
R
}
{\displaystyle \mathbb {C} \equiv \mathbb {R} ^{2}=\{(x,y)\mid x\in \mathbb {R} ,\ y\in \mathbb {R} \}}
を考えよう。ウィルティンガーの微分は次の一階線型 偏微分作用素 として定義される:
∂
∂
z
=
1
2
(
∂
∂
x
−
i
∂
∂
y
)
,
∂
∂
z
¯
=
1
2
(
∂
∂
x
+
i
∂
∂
y
)
.
{\displaystyle {\frac {\partial }{\partial z}}={\frac {1}{2}}\left({\frac {\partial }{\partial x}}-i{\frac {\partial }{\partial y}}\right),\quad {\frac {\partial }{\partial {\bar {z}}}}={\frac {1}{2}}\left({\frac {\partial }{\partial x}}+i{\frac {\partial }{\partial y}}\right).}
明らかに、これらの偏微分作用素の自然な定義域 は領域
Ω
⊆
R
2
{\displaystyle \Omega \subseteq \mathbb {R} ^{2}}
上の
C
1
{\displaystyle C^{1}}
級関数 の空間であるが、これらの作用素は線型 であり定数係数 であるから、超関数 の各空間 にただちに拡張できる。
定義2. 複素数体 上のユークリッド空間
C
n
=
R
2
n
=
{
(
x
,
y
)
=
(
x
1
,
…
,
x
n
,
y
1
,
…
,
y
n
)
∣
x
,
y
∈
R
n
}
{\displaystyle \mathbb {C} ^{n}=\mathbb {R} ^{2n}=\left\{\left(\mathbf {x} ,\mathbf {y} \right)=\left(x_{1},\ldots ,x_{n},y_{1},\ldots ,y_{n}\right)\mid \mathbf {x} ,\mathbf {y} \in \mathbb {R} ^{n}\right\}}
を考えよう。ウィルティンガーの微分は次の一階行列 線型 偏微分作用素 として定義される:
{
∂
∂
z
1
=
1
2
(
∂
∂
x
1
−
i
∂
∂
y
1
)
⋮
∂
∂
z
n
=
1
2
(
∂
∂
x
n
−
i
∂
∂
y
n
)
,
{
∂
∂
z
¯
1
=
1
2
(
∂
∂
x
1
+
i
∂
∂
y
1
)
⋮
∂
∂
z
¯
n
=
1
2
(
∂
∂
x
n
+
i
∂
∂
y
n
)
.
{\displaystyle {\begin{cases}{\frac {\partial }{\partial z_{1}}}&={\frac {1}{2}}\left({\frac {\partial }{\partial x_{1}}}-i{\frac {\partial }{\partial y_{1}}}\right)\\&\,\vdots \\{\frac {\partial }{\partial z_{n}}}&={\frac {1}{2}}\left({\frac {\partial }{\partial x_{n}}}-i{\frac {\partial }{\partial y_{n}}}\right)\\\end{cases}},\qquad {\begin{cases}{\frac {\partial }{\partial {\bar {z}}_{1}}}&={\frac {1}{2}}\left({\frac {\partial }{\partial x_{1}}}+i{\frac {\partial }{\partial y_{1}}}\right)\\&\,\vdots \\{\frac {\partial }{\partial {\bar {z}}_{n}}}&={\frac {1}{2}}\left({\frac {\partial }{\partial x_{n}}}+i{\frac {\partial }{\partial y_{n}}}\right)\\\end{cases}}.}
一変数のときと同様これらの偏微分作用素の自然な定義域は領域
Ω
{\displaystyle \Omega }
⊆ ℝ2n 上の
C
1
{\displaystyle C^{1}}
級関数の空間であるが定数係数の線型作用素のため超関数の空間へと拡張できる。
この節以降
z
∈
C
n
{\displaystyle z\in \mathbb {C} ^{n}}
は複素ベクトル であり
z
≡
(
x
,
y
)
=
(
x
1
,
…
,
x
n
,
y
1
,
…
,
y
n
)
{\displaystyle z\equiv (x,y)=(x_{1},\ldots ,x_{n},y_{1},\ldots ,y_{n})}
ただし
x
{\displaystyle x}
,
y
{\displaystyle y}
は実ベクトル で n ≥ 1 とする。また、部分集合
Ω
{\displaystyle \Omega }
は ℝ2n あるいは ℂn の領域とする。証明は全て定義1 、定義2 、そして(常あるいは偏)微分の対応する性質の容易な結果である。
補題1.
f
,
g
∈
C
1
(
Ω
)
{\displaystyle f,g\in C^{1}(\Omega )}
とし、
α
,
β
{\displaystyle \alpha ,\beta }
を複素数 とすると、
i
=
1
,
…
,
n
{\displaystyle i=1,\dots ,n}
に対して、以下の等式が成り立つ
∂
∂
z
i
(
α
f
+
β
g
)
=
α
∂
f
∂
z
i
+
β
∂
g
∂
z
i
,
∂
∂
z
¯
i
(
α
f
+
β
g
)
=
α
∂
f
∂
z
¯
i
+
β
∂
g
∂
z
¯
i
{\displaystyle {\frac {\partial }{\partial z_{i}}}\left(\alpha f+\beta g\right)=\alpha {\frac {\partial f}{\partial z_{i}}}+\beta {\frac {\partial g}{\partial z_{i}}},\quad {\frac {\partial }{\partial {\bar {z}}_{i}}}\left(\alpha f+\beta g\right)=\alpha {\frac {\partial f}{\partial {\bar {z}}_{i}}}+\beta {\frac {\partial g}{\partial {\bar {z}}_{i}}}}
補題2.
f
,
g
∈
C
1
(
Ω
)
{\displaystyle f,g\in C^{1}(\Omega )}
であれば、
i
=
1
,
…
,
n
{\displaystyle i=1,\dots ,n}
に対して、積の微分法則 が成り立つ
∂
∂
z
i
(
f
⋅
g
)
=
∂
f
∂
z
i
⋅
g
+
f
⋅
∂
g
∂
z
i
,
∂
∂
z
¯
i
(
f
⋅
g
)
=
∂
f
∂
z
¯
i
⋅
g
+
f
⋅
∂
g
∂
z
¯
i
{\displaystyle {\frac {\partial }{\partial z_{i}}}\left(f\cdot g\right)={\frac {\partial f}{\partial z_{i}}}\cdot g+f\cdot {\frac {\partial g}{\partial z_{i}}},\quad {\frac {\partial }{\partial {\bar {z}}_{i}}}\left(f\cdot g\right)={\frac {\partial f}{\partial {\bar {z}}_{i}}}\cdot g+f\cdot {\frac {\partial g}{\partial {\bar {z}}_{i}}}}
この性質によってウィルティンガーの微分はちょうど通常の微分のように抽象代数学 的視点の微分 であることに注意。
これは一変数と多変数とで異なる:n > 1 に対して完全な一般性でチェインルール を表現するには2つの領域
Ω
′
⊆
C
m
{\displaystyle \Omega '\subseteq \mathbb {C} ^{m}}
および
Ω
″
⊆
C
p
{\displaystyle \Omega ''\subseteq \mathbb {C} ^{p}}
と自然な滑らかさの要求を満たす2つの関数
g
:
Ω
′
→
Ω
{\displaystyle g:\Omega '\to \Omega }
および
f
:
Ω
→
Ω
″
{\displaystyle f:\Omega \to \Omega ''}
を考える必要がある[ 4] 。
補題3.1
f
,
g
∈
C
1
(
Ω
)
{\displaystyle f,g\in C^{1}(\Omega )}
および
g
(
Ω
)
⊆
Ω
{\displaystyle g(\Omega )\subseteq \Omega }
であれば、チェインルール が成り立つ
∂
∂
z
(
f
∘
g
)
=
(
∂
f
∂
z
∘
g
)
∂
g
∂
z
+
(
∂
f
∂
z
¯
∘
g
)
∂
g
¯
∂
z
{\displaystyle {\frac {\partial }{\partial z}}\left(f\circ g\right)=\left({\frac {\partial f}{\partial z}}\circ g\right){\frac {\partial g}{\partial z}}+\left({\frac {\partial f}{\partial {\bar {z}}}}\circ g\right){\frac {\partial {\bar {g}}}{\partial z}}}
∂
∂
z
¯
(
f
∘
g
)
=
(
∂
f
∂
z
∘
g
)
∂
g
∂
z
¯
+
(
∂
f
∂
z
¯
∘
g
)
∂
g
¯
∂
z
¯
{\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\bar {z}}}}\left(f\circ g\right)=\left({\frac {\partial f}{\partial z}}\circ g\right){\frac {\partial g}{\partial {\bar {z}}}}+\left({\frac {\partial f}{\partial {\bar {z}}}}\circ g\right){\frac {\partial {\bar {g}}}{\partial {\bar {z}}}}}
補題3.2
g
∈
C
1
(
Ω
′
,
Ω
)
{\displaystyle g\in C^{1}(\Omega ^{\prime },\Omega )}
および
f
∈
C
1
(
Ω
,
Ω
′
′
)
{\displaystyle \scriptstyle f\in C^{1}(\Omega ,\Omega ^{\prime \prime })}
であれば、
i
=
1
,
…
,
m
{\displaystyle i=1,\dots ,m}
に対し、以下の形のチェインルールが成り立つ
∂
∂
z
i
(
f
∘
g
)
=
∑
j
=
1
n
(
∂
f
∂
z
j
∘
g
)
∂
g
j
∂
z
i
+
∑
j
=
1
n
(
∂
f
∂
z
¯
j
∘
g
)
∂
g
¯
j
∂
z
i
{\displaystyle {\frac {\partial }{\partial z_{i}}}\left(f\circ g\right)=\sum _{j=1}^{n}\left({\frac {\partial f}{\partial z_{j}}}\circ g\right){\frac {\partial g_{j}}{\partial z_{i}}}+\sum _{j=1}^{n}\left({\frac {\partial f}{\partial {\bar {z}}_{j}}}\circ g\right){\frac {\partial {\bar {g}}_{j}}{\partial z_{i}}}}
∂
∂
z
¯
i
(
f
∘
g
)
=
∑
j
=
1
n
(
∂
f
∂
z
j
∘
g
)
∂
g
j
∂
z
¯
i
+
∑
j
=
1
n
(
∂
f
∂
z
¯
j
∘
g
)
∂
g
¯
j
∂
z
¯
i
{\displaystyle {\frac {\partial }{\partial {\bar {z}}_{i}}}\left(f\circ g\right)=\sum _{j=1}^{n}\left({\frac {\partial f}{\partial z_{j}}}\circ g\right){\frac {\partial g_{j}}{\partial {\bar {z}}_{i}}}+\sum _{j=1}^{n}\left({\frac {\partial f}{\partial {\bar {z}}_{j}}}\circ g\right){\frac {\partial {\bar {g}}_{j}}{\partial {\bar {z}}_{i}}}}
補題4.
f
∈
C
1
(
Ω
)
{\displaystyle f\in C^{1}(\Omega )}
であれば、
i
=
1
,
…
,
n
{\displaystyle i=1,\dots ,n}
に対して、以下の等式が成り立つ
∂
f
¯
∂
z
i
=
∂
f
¯
∂
z
¯
i
,
∂
f
¯
∂
z
¯
i
=
∂
f
¯
∂
z
i
{\displaystyle {\frac {\overline {\partial f}}{\partial z_{i}}}={\frac {\partial {\bar {f}}}{\partial {\bar {z}}_{i}}},\quad {\frac {\overline {\partial f}}{\partial {\bar {z}}_{i}}}={\frac {\partial {\bar {f}}}{\partial z_{i}}}}
∂
z
∂
z
=
1
,
∂
z
¯
∂
z
=
0
,
∂
z
∂
z
¯
=
0
,
∂
z
¯
∂
z
¯
=
1.
{\displaystyle {\frac {\partial z}{\partial z}}=1,\,{\frac {\partial {\bar {z}}}{\partial z}}=0,\,{\frac {\partial z}{\partial {\bar {z}}}}=0,\,{\frac {\partial {\bar {z}}}{\partial {\bar {z}}}}=1.}
f (z ) が z と z の多項式 であるとき、z , z を独立変数と思って形式的に偏微分すればよい。例えば、
∂
∂
z
(
z
3
+
3
z
z
¯
+
z
¯
2
)
=
3
z
2
+
3
z
¯
∂
∂
z
¯
(
z
3
+
3
z
z
¯
+
z
¯
2
)
=
3
z
+
2
z
¯
{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial }{\partial z}}(z^{3}+3z{\bar {z}}+{\bar {z}}^{2})&=3z^{2}+3{\bar {z}}\\{\frac {\partial }{\partial {\bar {z}}}}(z^{3}+3z{\bar {z}}+{\bar {z}}^{2})&=3z+2{\bar {z}}\end{aligned}}}
f が正則 であるとき、f ′ = ∂f である。
コーシー・リーマンの方程式 が成り立つことと、∂ f = 0 となることは同値である。
∂∂ = ∂ ∂ = (1/4)Δ, ここで Δ = ∂2 /∂x 2 + ∂2 /∂y 2 はラプラシアン 。
正則関数を実部・虚部に分け f = u + iv とすると、Δf = 4∂∂ f = 0, したがって Δu + i Δv = 0 となるから、Δu = Δv = 0, すなわち u と v は調和 であることがわかる。
Andreotti, Aldo (1976) (Italian), Introduzione all'analisi complessa (Lezioni tenute nel febbraio 1972) , Contributi del Centro Linceo Interdisciplinare di Scienze Matematiche e Loro Applicazioni, 24 , Rome: Accademia Nazionale dei Lincei , pp. 34, http://www.lincei.it/pubblicazioni/catalogo/volume.php?lg=e&rid=33190 . Introduction to complex analysis is a short course in the theory of functions of several complex variables, held on February 1972 at the Centro Linceo Interdisciplinare di Scienze Matematiche e Loro Applicazioni "Beniamino Segre " .
Fichera, Gaetano (1986), “Unification of global and local existence theorems for holomorphic functions of several complex variables”, Memorie della Accademia Nazionale dei Lincei , Classe di Scienze Fisiche, Matematiche e Naturali , 8 18 (3): 61–83, MR 0917525 , Zbl 0705.32006 .
Gunning, Robert C. ; Rossi, Hugo (1965), Analytic Functions of Several Complex Variables , Prentice-Hall series in Modern Analysis, Englewood Cliffs , N.J.: Prentice-Hall , pp. xiv+317, MR 0180696 , Zbl 0141.08601 , https://books.google.co.jp/books?id=L0zJmamx5AAC&printsec=frontcover&hl=it&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false .
Gunning, Robert C. (1990), Introduction to Holomorphic Functions of Several Variables. Volume I: Function Theory , Wadsworth & Brooks/Cole Mathematics Series, Belmont, California : Wadsworth & Brooks/Cole, pp. xx+203, ISBN 0-534-13308-8 , MR 1052649 , Zbl 0699.32001 .
Henrici, Peter (1993) [1986], Applied and Computational Complex Analysis Volume 3 , Wiley Classics Library (Reprint ed.), New York–Chichester–Brisbane–Toronto–Singapore: John Wiley & Sons , pp. X+637, ISBN 0-471-58986-1 , MR 0822470 , Zbl 1107.30300 , https://books.google.it/books?id=vKZPsjaXuF4C&printsec=frontcover#v=onepage&q .
Hörmander, Lars (1990) [1966], An Introduction to Complex Analysis in Several Variables , North–Holland Mathematical Library, 7 (3rd (Revised) ed.), Amsterdam–London–New York–Tokyo: North-Holland , ISBN 0-444-88446-7 , MR 1045639 , Zbl 0685.32001 .
Kaup, Ludger; Kaup, Burchard (1983), Holomorphic functions of several variables , de Gruyter Studies in Mathematics, 3 , Berlin–New York: Walter de Gruyter , pp. XV+349, ISBN 978-3-11-004150-7 , MR 0716497 , Zbl 0528.32001 , https://books.google.co.jp/books?id=nDgBsOurnAIC&printsec=frontcover&redir_esc=y&hl=ja#v=onepage&q .
Kracht, Manfred; Kreyszig, Erwin (1988), Methods of Complex Analysis in Partial Differential Equations and Applications , Canadian Mathematical Society Series of Monographs and Advanced Texts, New York–Chichester–Brisbane–Toronto–Singapore: John Wiley & Sons , pp. xiv+394, ISBN 0-471-83091-7 , MR 0941372 , Zbl 0644.35005 .
Martinelli, Enzo (1984) (Italian), Introduzione elementare alla teoria delle funzioni di variabili complesse con particolare riguardo alle rappresentazioni integrali , Contributi del Centro Linceo Interdisciplinare di Scienze Matematiche e Loro Applicazioni, 67 , Rome: Accademia Nazionale dei Lincei , pp. 236+II, http://www.lincei.it/pubblicazioni/catalogo/volume.php?lg=e&rid=33233 . "Elementary introduction to the theory of functions of complex variables with particular regard to integral representations " (English translation of the title) are the notes form a course, published by the Accademia Nazionale dei Lincei , held by Martinelli when he was "Professore Linceo ".
Remmert, Reinhold (1991), Theory of Complex Functions , Graduate Texts in Mathematics, 122 (Fourth corrected 1998 printing ed.), New York–Berlin–Heidelberg–Barcelona–Hong Kong–London–Milan–Paris–Singapore–Tokyo: Springer Verlag , pp. xx+453, ISBN 0-387-97195-5 , MR 1084167 , Zbl 0780.30001 , https://books.google.co.jp/books?id=CC0dQxtYb6kC&printsec=frontcover&redir_esc=y&hl=ja#v=onepage&q&f=true ISBN 978-0-387-97195-7 . A textbook on complex analysis including many historical notes on the subject.
Severi, Francesco (1958) (Italian), Lezioni sulle funzioni analitiche di più variabili complesse – Tenute nel 1956–57 all'Istituto Nazionale di Alta Matematica in Roma , Padova: CEDAM – Casa Editrice Dott. Antonio Milani, pp. XIV+255, Zbl 0094.28002 . Notes from a course held by Francesco Severi at the Istituto Nazionale di Alta Matematica (which at present bears his name), containing appendices of Enzo Martinelli, Giovanni Battista Rizza and Mario Benedicty . An English translation of the title reads as:-"Lectures on analytic functions of several complex variables – Lectured in 1956–57 at the Istituto Nazionale di Alta Matematica in Rome ".
神保, 道夫『複素関数入門』岩波書店 〈現代数学への入門〉、2003年。ISBN 4-00-006874-1 。
野口, 潤次郎『複素解析概論』(第6版)裳華房〈数学選書12〉、2002年。ISBN 978-4-7853-1314-2 。