Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ИнМu_lectures

.pdf
Скачиваний:
69
Добавлен:
04.06.2015
Размер:
15.2 Mб
Скачать

Кратное интегрирование. Когомологии

211

представляет собой непустой симплекс. Тогда в случае, когда γ σ

и интеграл сходится, существует p + 1

формул его вычисления в виде

рядов из вычетов:

 

j Xz(k)

 

 

 

 

F

(

x

) =

δ

z(k)(1,...[j]...,p+1)

ω,

j = 1, . . . , p + 1,

(30.4)

 

 

 

res

где res ω – кратный вычет подынтегрального выражения ω в

z(k)(1,...[j]...,p+1)

точке пересечения z(k) = z(k1, ..., kp) полярных гиперплоскостей

ai, z + bi = −ki, i = 1, . . . [j] . . . , p + 1,

ki Z>,

а δj – знак определителя, составленного

из вектор-строк

a1 . . . [j] . . . ap+1.

 

Применим эту теорему к сходящемуся интегралу (29.8), для которого, как легко видеть, ∆ = 0 и симплекс σ непуст. Вычислим этот интеграл

как сумму вычетов по всем точкам

z1 = −k1, . . . , zp = −kp,

в которых одновременно имеют полюсы Γ(z1),. . . ,Γ(zp). Если бы в (29.8) под интегралом присутствовало только произведение Γ(z1) . . . Γ(zp), то вычет в точке z = z(k) = (−k1, ..., −kp) равнялся бы числу (−1)|k|(k1! . . . kp!)−1. Поскольку вся остальная часть является голоморфной функцией (голоморфным весом) в точке z(k), истинный вычет равен произведению этого

числа на значение веса в точке z(k) (формула вычета в простом полюсе):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(−1)

|k|

 

 

µ

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

res

 

 

 

ω

 

µ

 

 

Γ(n

+

n k1 + . . . +

n

kp)

 

 

xk1

. . . xkp.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

np

·

z(k)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

n1

 

 

− . . . −

 

1

 

p

 

(1,...[j]...,p+1)

 

 

 

 

k1! . . . kp!Γ(n

n

k1

 

n

kp + 1)

 

 

 

 

Таким образом, получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|k|

 

 

µ

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

µ

 

 

 

 

(−1)

Γ(n

+

n k1

+ . . . +

 

n

kp)

 

k1

 

kp

 

y(x)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

· x1

 

. . . xp

.

n

>0

k1

! . . . kp!Γ(µ

n1

k1

. . .

np

kp + 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|X|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Значения | k |= 0 и | k |= 1 дают следующие слагаемые этого ряда:

µ

1 − n(x1 + . . . + xp).

212

И.А. Антипова, О.В. Знаменская, А.К. Цих

Для преобразования слагаемых с | k |> 2 воспользуемся формулой Γ(τ + l) = (τ)lΓ(s), где (τ)l – символ Похгамера

(τ)l = τ(τ + 1) . . . (τ + l − 1), l N.

Напомним, что nk= n − nk, поэтому согласно этой формуле

Γ(µ + n1 k1 + ... +

np

kp)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

n

 

 

 

− ... −

np

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ(n

1

 

k1

 

 

 

 

kp + 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ(µ

 

 

+ n1 k1 + ... +

np

kp)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

=

Γ(µn +

n1

k1 + ... +

np

kp − |k|)(µn +

n1

k1 + ... +

np

kp − |k|)

n

 

n

n

n

 

(µ + n1 k

1

+ ... +

np

k

p

 

k )

 

 

 

1

 

 

|k|−1

 

 

 

 

 

 

 

|k|

 

 

 

 

 

 

n

n

 

 

n

− | |

 

 

 

 

(µ + n1k1 + ... + npkp − sn)

(µ

+ n1 k

1

+ ... +

np

k

p

k )

=

n k

|−

1

 

 

n

n

 

 

 

 

n

 

 

 

− |

|

 

 

|

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ys

 

 

 

 

Отсюда получаем формулу (30.2) для коэффициентов ряда (30.3).

2. Ряды Пюизо для y(x)

Здесь мы получим формулы для основного решения y(x) и его степени y(x)µ в виде рядов по дробным степеням (рядов Лорана-Пюизо) переменных x1,. . . ,xp. Поскольку в этих рядах присутствуют положительные и отрицательные степени переменных, эти ряды лорановские, дробность степеней подчеркивает, что они — ряды Пюизо, а благодаря специальному виду коэффициентов эти ряды имеют гипергеометрический тип Горна. Поэтому мы их называем рядами Лорана-Горна-Пюизо. Согласно теореме 30.1 таких формул p + 1 штук, одна из которых есть формула (30.1). Записанные в переменных x1,. . . ,xp, эти формулы не обладают свойством симметрии по отношению к формуле (30.1) и друг к другу. Чтобы достичь этой симметрии, введем переменный коэффициент x0 при старшей степени в уравнении (29.1), т.е. рассмотрим уравнение

x0yn0 + x1yn1 + . . . + xpynp − 1 = 0,

(30.5)

переобозначив для единообразия записи степень n на n0. Нетрудно видеть, что основное решение y(x) уравнения (29.1) определяет следующее

Кратное интегрирование. Когомологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

213

решение уравнения (30.5):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(X, N) =

1

 

y

x1

, . . . ,

 

xp

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

n1

 

np

 

x0

n0

 

 

x0

n0

 

 

x0

n0

 

!

где X = (x0, x1 . . . , xp), N = (n0, n1, . . . , np). Функцию y(X, N) назовем основным решением для (30.5). В соответствии с формулой (30.1) для

него существует разложение в ряд Лорана-Пюизо-Горна

 

 

y(X, N) =

 

n

1 +

 

 

Ak

 

 

n1

. . .

 

 

np

(30.6)

 

x0

0

 

 

 

n

k 1

 

x0

0 !

k1

x0

0 !

kp

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

1

 

 

µ

0

 

x1

 

 

xp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|≥

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

малых

значениях

с коэффициентами

 

A

 

из

(30.2),

сходящееся

при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|xj/x0nj/n0|, j = 1, . . . , p. Теперь заметим, что уравнение (30.5) переходит в себя при одновременных переобозначениях x0 с xj и n0 с nj:

x0 xj, n0 nj

Поэтому, если при µ = 1 в правой части (30.6) произведем эти переобозначения, то опять получим решение уравнения (30.5) . При этом надо учесть, что коэффициенты A0k зависят от N = (n0, n1, . . . , np) (а также от µ: см.(30.2), где n играет роль n0). Пусть σj – перестановка индексов 0, 1, . . . , p, меняющая местами 0 и j. Соответственно, обозначим через σj(X) и σj(N) действие этой перестановки на X = (x0, x1, . . . , xp) и

N = (n0, n1, . . . , np).

Теорема 30.2. Для основного решения y(X, N) уравнения (30.5) наряду с разложением (30.6) существует еще p разложений в ряды Лорана-

Пюизо-Горна (yj

)µ = yj(X), σj(N))µ вида

 

n0 . . .

 

 

 

 

 

(yj) =

n

1 +

 

Ak

 

n1 . . .

 

 

np

 

,

 

xj j

 

nj

k >1

xj

j

k1

xj

j

!

kj

xj

j

!

kp

 

 

!

 

 

 

µ

1

 

 

µ

j

x1

 

x0

 

 

xp

 

 

 

 

 

 

 

 

|X|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

n

 

 

n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

|k|−1

Aj

=

(−1)|k|

k

 

k1! . . . kp!

 

 

sQ

nj|k|−1

.

=1

(µ + n1k1 + ... + n0kj

+ . . . + npkp − snj)

 

 

 

214

И.А. Антипова, О.В. Знаменская, А.К. Цих

 

Эти разложения получаются

из (30.6) переобозначениями x0

xj, n0 nj. В частности, наряду с разложением (30.1) для

основного решения y(x) уравнения (29.1)

существует p разложе-

ний yj(X), σj(N))µ|x0=1,n0=n по степеням

x1/xjn1/nj ,. . . ,1/xjn/nj ,. . . ,

xp/xjnp/nj , j = 1, . . . , p.

 

Доказательство. Для µ = 1 утверждение теоремы фактически было обосновано выше. Пусть теперь µ > 0 произвольно. Для интеграла (29.8), представляющего основное решение y(x) уравнения (29.1) применим теорему 30.1, взяв в качестве полярных плоскостей

µn nn1 z1 − ... − nnp zp = −k1 z2 = −k2

· · ·

zp = −kp,

пересечения которых дают точки z(k) с координатами

z2

= n1k2

 

 

z1

=

 

1

(µ + n2k2

+ ... + npkp + k1n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

· · ·

zp = −kp.

Сумма вычетов в z(k) подынтегрального выражения в (29.8) приводит к ряду

y(x)µ =

 

 

|X|

 

|k|

 

µ

 

 

 

n

 

n2

 

 

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

µ

(−1)

Γ(

n1

+

 

n1

k1

+

n1

k2 + . . . +

n1

kp)

·

n

×

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− |

|

 

 

 

n

 

 

k1

! . . . kp!Γ(

µ

+

 

 

n

k1

+ . . . +

np

kp

 

 

k

 

+ 1)

n1

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

>0

 

 

 

 

n1

 

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

(µ+n2k2

+...+npkp+nk1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2

 

 

kp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

× x2

. . . xp

x1

 

 

 

 

 

=

Кратное интегрирование. Когомологии

215

 

|X|

 

(−1)

|k|

µ

 

 

 

 

 

n

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

Γ(

n1

 

+

 

n1

k1 +

n1

k2 + . . . +

n1

kp)

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− |

 

|

 

 

 

 

 

n1

 

 

k1! . . . kp!Γ(

µ

 

+

 

 

n

k1 + . . . +

np

kp

 

 

 

k

 

+ 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k >0

 

 

 

 

n1

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

k2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

(µ+nk1)

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

n1 k 0

 

k 1

 

 

 

 

 

 

xn1

k2

xn1

kp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

|X|

 

1

1

(µ+nk1)

 

x2

 

 

 

 

 

 

xp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . .

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

где при |k| > 1

kp

xp

. . . np =

x1n1

Ak1 =

 

 

|k|−1

k

1

,

 

 

 

 

Q

 

 

(

 

1)|k|

 

s=1

(µ + nk1 + n2k2

+ ... + npkp − sn1)

 

 

k1! . . . kp!

 

 

n1| |−

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

отличается от A0

 

причем полагается

= 1. Мы видим, что A1

, опре-

 

 

s=1

 

 

 

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

n0 = n n1. Таким

деленного формулойQ(30.2),

переобозначениями

образом, мы получили разложения для y(x)µ, которое, очевидно, равно y1(X), σ1(N))µ при x0 = 1, n0 = n.

Аналогично, вычисляя интеграл (29.8) как сумму вычетов в точках пе-

ресечения полюсов функции Γ(z1),. . . [j]. . . , Γ(zp), Γ(µn nn1 z1−. . .−nnp zp), получим разложение в ряд по степеням x1/xjn1/nj ,. . . ,1/xjn/nj ,. . . , xp/xjnp/nj

с коэффициентами Ajk, отличающихся от A0k перестановкой n0 = n и nj. В результате мы получаем доказательство второй части теоремы, касающейся представлений для y(x). Первая часть получается тогда с учетом связи y(x) с y(X, N), отмеченной в начале параграфа.

Литература

[1] Шабат Б.В. Введение в комплексный анализ. Часть 2./ Б.В. Шабат

Издательство: Лань, 2004. – 336 с.

[2]Ботт Р. Дифференциальные формы в алгебраической топологии / Р. Ботт, Л.В. Ту – М.: Наука, 1989, – 336 С.

[3]де Рам. Ж. Дифференцируемые многообразия/ Жорж де Рам – M.: URSS, 2006. – 249 с.

[4]Дубровин Б.А. Современная геометрия. Методы теории гомологий / Б.А. Дубровин, С.П. Новиков, А.Т. Фоменко – M.: URSS, 2001, 288 С.

[5]Цих А.К. Многомерные вычеты и их применение / А.К. Цих – Новосибирск: Наука, 1988 – 241 С.

[6]Южаков А.П. Элементы теории многомерных вычетов/ А.П. Южаков

Красноярск: РИО КрасГУ, 1975. – 182 С.

[7]Бухштабер В.М. Торические действия в топологии и комбинаторике / В.М. Бухштабер, Т.Е. Панов – М.: МЦНМО, 2004. – 271 С.

[8]Мищенко А.С. Курс дифференциальной геометрии и топологии / А.С. Мищенко, А.Т. Фоменко – М.: Факториал Пресс, 2000, 448 С.

[9]Нарасимхан Р. Анализ на вещественных и комплексных многообразиях / Р. Нарасимхан – Издательство: Платон, 1997, 232 С.

[10]Федерер Г. Геометрическая теория меры /Г. Федерер – М.: Наука, 1987.–760 С.

Кратное интегрирование. Когомологии

217

¨

[11] Mellin H. Uber die fundamentale Wichtigkeit des Satzes von Cauchy fur¨ die Theorien der Gamma und der hypergeometrischen Funktionen / H. Mellin // Acta Soc. Sci. Fennica. 1896. V. 21. №1. P. 1–115.

[12] Mellin H. Resolution´ de l’equation´ algebrique´ gen´erale´ a` l’aide de la fonction gamma / H. Mellin // C.R. Acad. Sci., Paris Ser´. I Math. 1921. V. 172. P. 658–661.

[13] Владимиров В.С. Методы теории функций многих комплексных переменных / В.С. Владимиров – М.: Наука, 1964.

[14] Passare M. A multidimensional Jordan residue lemma with an application to Mellin–Barnes integrals / М. Passare, А. Tsikh,

О. Zhdanov // Aspects Math. 1994. V. E 26, P. 233-241.

[15]Passare M., Tsikh A. Algebraic equations and hypergeometric series // In the book "The legacy of N.H. Abel". Berlin–Heidelberg: Springer Verlag, 2004, P. 653–672.

[16]Пассаре М. Кратные интегралы Меллина-Барнса как периоды многообразий Калаби-Яу с несколькими модулями / М. Пассаре, А.К. Цих, A.A. Чешель // Теор. и матем. физика. 1996. Т. 109, №3. С. 381-394.

[17]Антипова И.А. Формулы обращения для многомерного преобразования Меллина и решения алгебраических уравнений / И.А. Антипова // Матем. Сб. 2007. - Т. 198. - № 4. - С. 3-20.

[18]Грауэрт Г. Теория пространств Штейна /Г. Грауэрт, Р. Реммерт. – М.:Наука, 1989.

[19]Знаменская О.В. Гомологический метод в вопросе штейновости квазиторических многообразий / О.В. Знаменская, А.К. Цих // Многомерн. комплексн. анализ: Межвузов. сб. – Красноярск: КрасГУ. 2002.

– С.48-57.