Teorema de Liouville: diferenças entre revisões
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Revisão das 17h44min de 26 de março de 2013
O teorema de Liouville é um teorema de análise complexa que diz que uma função complexa inteira e limitada é constante. Este teorema permite demonstrar o teorema fundamental da álgebra de forma simples.
Demonstrações
Em ambas as demonstrações, seja M um majorante de |f|.
Primeira demonstração
Seja z ∈ C. Para cada r > |z|, tem-se, pelas desigualdades de Cauchy (com n = 1), |f′(z)| < M/r. Mas então
Logo, f′(z) = 0. Como isto acontece para cada z ∈ C, f é constante.
Segunda demonstração
Sejam z e w números complexos e seja r um número real tal que |z|,|w| ≤ r. Seja
Então, pela fórmula integral de Cauchy:
- e
pelo que
Logo,
Corolário
O teorema de Liouville afirma que a imagem de uma função inteira não constante f não é um conjunto limitado. De facto, a imagem de uma função inteira não constante é sempre um conjunto denso. Este resultado parece muito mais forte do que o teorema de Liouville, mas é um corolário dele. De facto, suponha-se que a imagem de f não era densa. Então haveria algum número complexo w e algum r > 0 tal que a imagem de f não conteria nenhum elemento do disco de centro r centrado em w. Mas então se se definisse
a função g seria inteira não constante e, para cada z ∈ C ter-se-ia
pelo que g seria limitada, o que contradiz o teorema de Liouville.
Generalizações
Um teorema mais forte do que o teorema de Liouville é o pequeno teorema de Picard, que afirma que se f é uma função inteira não constante, então a sua imagem é C ou C \ {a}, para algum a ∈ C. Um teorema ainda mais forte é o grande teorema de Picard, que afirma que se f for uma função inteira não polinomial e se w ∈ C, então a equação f(z) = w tem uma infinidade de soluções com, quando muito, uma excepção.
- L. Ahlfors, Complex Analysis, McGraw Hill, 1979.
- J. Conway, Functions of One Complex Variable, Berlin: Springer-Verlag, 1978.
- R. Remmert, Classical Topics on Complex Function Theory, Berlin: Springer-Verlag, 1998.