Tema 4.7: Factorización de funciones holomorfas. Productos in nitos. Teorema de factorización de Weierstrass

Documentos relacionados
Tema 4.4: Teorema de Riemann de singularidades evitables. Ceros de una función holomorfa. Principio de identidad

Series de potencias. Desarrollos en serie de Taylor

Funciones de variable compleja

Sucesiones de números reales

SERIES NUMÉRICAS. SECCIONES A. Series de términos no negativos. B. Ejercicios propuestos.

Cálculo de límites Criterio de Stolz. Tema 8

Series Numéricas. Una forma de definir e es a través de la suma: ! + 1 1! + 1 2! + 1 3! + 1 4! n. cuyo límite es e, es decir:

IES IGNACIO ALDECOA 1 AMPLIACIÓN DE MATEMÁTICAS 4º ESO CURSO 10/11

6. Sucesiones y Series numéricas Series numéricas DEFINICIONES Y PROPIEDADES

Sistemas de Ecuaciones Lineales. M. en I. Gerardo Avilés Rosas

SUCESIONES Y SERIES DE FUNCIONES

Convergencia absoluta y series alternadas

1 Sucesiones. Ejemplos. a n = n a n = n! a n = n n. a n = p n. a n = 2n3 + n n a n = ln(n)

Ingeniería Industrial. Curso Departamento de Matemática Aplicada II. Universidad de Sevilla. Lección 5. Series.

El tema de este capítulo es el estudio de las sucesiones de números reales. Una sucesión no es más que un conjunto ordenado de números.

Límite y Continuidad de Funciones.

LOS NUMEROS REALES. Conjunto no vacío designado como R y denominado conjunto de los números reales. En

Cálculo de límites Sumas, productos y cocientes. Tema 3

Cálculo de límites Criterio de Stolz. Tema 8

Matemáticas 1 1 EJERCICIOS RESUELTOS: Funciones de una variable. Elena Álvarez Sáiz. Dpto. Matemática Aplicada y C. Computación

La sucesión de Lucas

Tema 1: Números Complejos

con operacion inversa la resta (suma de opuestos) y una operacion producto escalar, que no es interna,

AMPLIACIÓN DE MATEMÁTICAS 4º ESO CURSO 1 /1

DERIVADA DE FUNCIONES DEL TIPO f ( x) c, donde c es una constante, la derivada de esta función es siempre cero, es decir:

Sucesiones. Se denomina sucesión a una función cuyo dominio es el conjunto de los números naturales.

1. Sucesiones y series numéricas

FUNCIONES. ( a) IGUALDAD DE FUNCIONES Sí y son dos funciones, diremos que las funciones f y

Tema 1.1: El cuerpo de los números complejos. Módulo y argumento de un número complejo

Tema 5 Series numéricas

Tema 8 Límite de Funciones. Continuidad

6. Sucesiones y Series numéricas Sucesiones numéricas DEFINICIONES

Ejemplo: 0+0i y -3+0i representan los números reales 0 y 3 respectivamente. Si a=0 se considera un número imaginario puro a 0+bi

LAS SUCESIONES Y SU TENDENCIA AL INFINITO

1 Ejercicios Resueltos

Una serie de potencias puede ser interpretada como una función de x. f(x) = n=0

R. Urbán Ruiz (notas de clase)

Tema 2.2: Funciones multiformes elementales. Logaritmos y potencias. Ramas uniformes

Números naturales, enteros y racionales

Cálculo de límites Criterio de Stolz. Tema 8

Tema 6. Sucesiones y Series. Teorema de Taylor

Tema 1 Los números reales Matemáticas I 1º Bachillerato 1

TEMA IV. 1. Series Numéricas

Problemas de Sucesiones

Probabilidad FENÓMENOS ALEATORIOS

MOSAICOS Y POLIEDROS REGULARES. UN PUNTO DE VISTA FUNCIONAL. Resumen: En este artículo se muestra como las transformaciones de funciones resultan

EJERCICIOS DE ANÁLISIS FUNCIONAL (Asignatura VCAF) HOJA 2

Apuntes sobre series numéricas: preguntas frecuentes y ejemplos resueltos. 1) Preguntas frecuentes. Conceptos, teoremas y ejemplos básicos

( ) = 1= + + ( ) + + lim 3x 5 = lim 3x lim5 = lim3 lim x lim5 = = 12 5 = 7

MATE1214 -Calculo Integral Parcial -3

Estalmat. Real Academia de Ciencias. Curso 2005/2006. Dinámica compleja. Conjuntos de Julia y Mandelbrot. Método de Newton. Miguel Reyes Mayo 2006

TEMA 26 DERIVADA DE UNA FUNCIÓN EN UN PUNTO. FUNCIÓN DERIVADA. DERIVADAS SUCESIVAS. APLICACIONES.

CAPÍTULO VIII. CONVERGENCIA DE SUCESIONES. SECCIONES A. Criterios de convergencia. B. Ejercicios propuestos.

Números naturales, enteros y racionales

El interés fundamental que se persigue en este capítulo es la. representación de las funciones complejas por medio de series de potencias, lo

Los números complejos

FUNCIONES DE VARIAS VARIABLES: DOMINIO, RANGO, CURVAS DE NIVEL 1 FUNCIONES DE VARIAS VARIABLES.

CAPÍTULO V. SUCESIONES Y SERIES

LAS SERIES GEOMÉTRICAS Y SU TENDENCIA AL INFINITO

Convolución. Dr. Luis Javier Morales Mendoza. Procesamiento Digital de Señales Departamento de Maestría DICIS - UG

4 ALGEBRA DE BOOLE. 4.1 Introducción. 4.2 Axiomas. (a) a + b = b + a (b) a b = b a. (a) a + (b c) = (a + b) (a + c) (b) a (b + c) = a.

Análisis de Señales en Geofísica

Técnicas para problemas de desigualdades

PRÁCTICAS DE ANÁLISIS DE UNA VARIABLE

- Fernando Sánchez - Departamento de Matemáticas - Universidad de Extremadura. Sucesiones y series de números reales 1. Sucesiones de números reales

Técnicas Cuantitativas II Muestra y Estadísticos Muestrales. TC II Muestra y Estadísticos Muestrales 1 / 20

Importancia de las medidas de tendencia central.

UNEFA C.I.N.U. Matemáticas

UNIDAD 2 Ecuaciones Diferenciales Lineales de Orden Superior

Asignatura: Geometría I Grado en Matemáticas. Universidad de Granada Tema 2. Espacios vectoriales

Trata de describir y analizar algunos caracteres de los individuos de un grupo dado, sin extraer conclusiones para un grupo mayor.

Qué es la estadística?

INTERÉS SIMPLE COMO FUNCIÓN LINEAL.

5. Aproximación de funciones: polinomios de Taylor y teorema de Taylor.

3. Volumen de un sólido.

ALGEBRA 9. Curso: 3 E.M. Progresiones aritméticas y geométricas. Colegio SSCC Concepción - Depto. de Matemáticas. Nombre: CURSO:

Sucesiones y ĺımite de sucesiones

Series Numéricas Series de Potencias Polinomios de Taylor. Prof. Jorge Brisset

CRIPTOGRAFIA BASICA Y SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES

TEMA 25 (Oposiciones de Matemáticas)

INTEGRALES DE RIEMANN

Tema 4 Sucesiones numéricas

Elementos de Análisis Matemático

(finitas o infinitas)

DISCUSIÓN Y RESOLUCIÓN DE ECUACIONES LINEALES. TEOREMA DE ROUCHE. REGLA DE CRAMER. MÉTODO DE GAUSS-JORDAN

ESTADISTICA UNIDIMENSIONAL

UNIDAD 1 PROCESOS INFINITOS Y LA NOCIÓN DE LÍMITE

2.- ESPACIOS VECTORIALES. MATRICES.

1 EXPRESIONES ALGEBRAICAS

ORGANIZACIÓN DE LOS DATOS.

OPERACIONES ALGEBRAICAS FUNDAMENTALES

Polinomios. Definición de polinomio y sus propiedades. Grado de un polinomio e igualdad de polinomios

Números complejos Susana Puddu

TEMA 19 Cálculo de límites de sucesiones*

ECUACIONES DIFERENCIALES Problemas de Valor Frontera

CAPITULO 2. Aritmética Natural

Cálculo para la ingeniería Tomo II. Salvador Vera

Mó duló 21: Sumatória

CLAVES DE CORRECCIÓN GUÍA DE EJERCITACIÓN FACTORES Y PRODUCTOS PREGUNTA ALTERNATIVA Nivel

Expresiones Algebraicas

Transcripción:

Tema 4.7: Factoriació de fucioes holomorfas. Productos i itos. Teorema de factoriació de Weierstrass Facultad de Ciecias Experimetales, Curso 008-09 E. de Amo Por u lado teemos que la teoría local de fucioes holomorfas os ha facilitado el estudio de los ceros de ua fució holomorfa. Cocretamete, si dispoemos de ua fució holomorfa (o trivial) e u abierto, f H (), que tiee u cero e dicho abierto ( f(a) 0, para algú a ) sabemos que 9g H () y 9k N : f() ( a) k g(); co g() 6 0 para D(a; r). tambié, por otro lado, por el Teorema Fudametal del Álgebra, sabemos que si p es u poliomio de grado, podemos ecotrar + úmeros complejos, a; a 0 ; a ; :::; a C, tales que p() a ( a k ) ; 8 C: k0 Pues bie, si la Teoría Aalítica de Fucioes (a Weierstrass, gracias) os dice que las fucioes holomorfas so casi poliomios (esto es, que se puede ver como "poliomios i itos"), os podemos hacer la siguiete preguta retórica: puede ua fució holomorfa admitir u desarrollo e serie de productos que revele explícitamete a todos sus ceros de igual suerte que ocurre co los poliomios? Fucioes como el seo, a través de su desarrollo e series de Taylor, si() : +X 0 ( ) ( + )! + ; 8 C os muestra expresioes mediate series de potecias que o revela iformació sobre sus ceros. (Aquí sólo se aprecia que 0 es u cero de ella.) Si embargo, esta misma fució admite el desarrollo e series de productos + si() k k ; 8 C; ()

y ahora sí que parece justi cado el hecho de que el seo tega como cojuto de sus ceros a Z. Por tato, este tema ecuetra su justi cació e la posibilidad de expresar las fucioes holomorfas de ua ueva forma que las caracteria. Es decir, holomorfía y aaliticidad va a ecotrar ua tercera expresió equivalete a ellas, vía productos i itos. El coteido de este tema se va a estructurar e el setido de comear estudiado (la covergecia de) productos i itos, justi caremos (etre otras) la fórmula () aterior, y vamos a estudiar los llamados factores primarios de Weierstrass, que jugará u papel fudametal y que os va a permitir lograr el resultado pricipal de este tema: el teorema de factoriació de fucioes holomorfas mediate productos i itos. Productos i itos. Comeamos co ua de ició que pareciera harto rebuscada, pero los ejemplos que la sigue dejará claro que es muy atural. De ició. Dada ua sucesió ( ) de úmeros complejos, diremos que el producto (umérico) i ito coverge si existe p Cf0g tal que e cuyo caso, escribiremos Z : + k k! p; k : lim Z p: Sea A : f : 0g. Si A ; y Z! 0 diremos que el producto i ito diverge a 0. Si A es ito y Z :! p 6 0; diremos que k k A el producto i ito coverge a 0. E cualquier otro caso, diremos que el producto diverge (esto es, si la sucesió (Z ) o coverge o simplemete coverge e C a ). Se hace ecesarios alguos cometarios al respecto de esta de ició:. La oció de covergecia siempre está asociada a u comportamieto característico de la sucesió "a partir de u mometo e adelate". No es así e este caso. Observemos que precisamos que todos, todos, los térmios de la sucesió sea o ulos para que haya covergecia a u p 6 0. Desde esta perspectiva, se trata de u cocepto poco satisfactorio si o se toma su ciete cautela. Nos referimos al hecho de que el carácter de ua sucesió "o debe variar" si se modi ca u úmero ito de sus térmios; si embargo, si o hubiésemos descartado el caso p 0, tedríamos que + k0 k 0 y + k k +; k

es decir, la primera coverge y la seguda o. Co la otació coveida, ambas so divergetes (auque la primera lo sea al cero y la seguda al i ito).. Es más, hay u problema que metodológicamete o tedría solució: aspiramos a factoriar mediate productos i itos de modo que se revele los ceros "escodidos". Pues bie, la relació + k k 0; os mai esta ua situació dode o habrá tal factoriació buscada. coherete que este caso "caiga" etre los divergetes (a 0, sorprede?). 3. Co las observacioes ateriores: coverge si, y sólo si, coverge para cualquier k, e cuyo caso + ::: k + k+ k+ (de modo que hace coherete la divergecia a cero: 0p 0). 4. Es elemetal que, bajo tales codicioes asumidas de covergecia:!! + + + w w +! + Proposició. Si el producto es covergete, etoces Es lim : Demostració. Podemos supoer todos los o ulos ( por qué?). Así: + + k k! k k + + ; pues el producto ha de ser o ulo. Q.E.D. La codició ecesaria aterior de covergecia del producto (! ) es mai estamete isu ciete. Alguas de las siguietes situacioes se ecarga de justi caros esta tarea:. + + 3 4 3 ::: diverge (a +). 3

. 3. Z!). 4. + + + 3 3 4 + ::: diverge a 0. coverge a 0. + coverge ( pruébalo ecotrado A la vista de la proposició aterior, se acostumbra a escribir los productos i itos e la forma + siedo la codició ecesaria, ahora, que ( + ) ; lim 0: El siguiete resultado os muestra que ua aproximació atural al estudio de los productos i itos es el estudio de las correspodietes series que aparece tomado logaritmos (pricipales) factor a factor: Lema. U producto i ito ( + ) coverge a u límite o ulo si, y sólo si, P log ( + ) coverge. Demostració. La prueba de la su ciecia es secilla: para cada atural k, llamemos k kx P k : ( + ) y S k : log ( + ) : Si S k! S; etoces P k e S k! e S 6 0: Recíprocamete, la codició tambié es ecesaria. Esto requiere u poco más de cuidado. Supogamos que P k! P 6 0: Observemos e primer lugar que, de esta relació de covergecia, se sigue que lim y aplicado el logaritmo real +X k ( + j j) jp j 6 0; log ( + j j) l jp j : [] 4

Luego para cumplir co el objetivo basta probar que la serie (real, tambié) X arg ( + ) [] coverge, pues [] y [] so las partes real e imagiaria, repectivamete, de la serie que queremos coverja. Sea k : arg! k ( + ) ; dode el argumeto cosiderado es ua determiació cotiua e u etoro de P. Esta sucesió ( k ) coverge a arg! P. Como, por otra parte, el argumeto de u producto es la suma de los argumetos de los factores, podemos a rmar que kx arg ( + ) Arg k ( + ) : Ahora bie, como dos argumetos se diferecia e u múltiplo de, ha de existir ua sucesió de eteros (m k ) tal que k m k + kx arg ( + ) : Qué os resta? Probar que esta sucesió de eteros ecotrada es costate (salvo, quiás, e u úmero ito de sus térmios), pues así resultaría kx arg ( + ) k m k! arg! P m; y completaríamos la argumetació. La covergecia del producto i ito os dice que! 0, es decir +!. Por tato, a partir de u determiado mometo jarg ( + )j < :, por otro lado, la sucesió de diferecias k+ k jarg ( + k+ ) + (m k+ m k )j es ula; es decir, meor que a partir de u determiado mometo. Coclusió, como jarg ( + k+ ) + (m k+ m k )j < y jarg ( + k+ )j < ; se sigue, obligadamete, que para los eteros m k+ y m k ha de veri carse jm k+ m k j < ; luego coicide, a partir de u mometo e adelate. Esto cocluye la prueba. Q.E.D. Probamos a cotiuació u lema que os sugiere el cocepto, muy útil, de producto absolutamete covergete. 5

Lema. Sea a 0; N; etoces, so equivaletes: i. ( + a ) coverge ii. P a coverge Demostració. Todo se basa e que x 0 ) + x e x, pues etoces, raoado para cada atural : a + a + ::: + a ( + a ) ( + a ) ::: ( + a ) e a+a+:::+a : Otra forma de demostrarlo (ahora si prejuicios sobre la aturalea de los escalares a cosiderar), es la siguiete. Como log ( + ) lim ;!0 para " > 0, podemos raoar co coveiete, que ( ") jj < jlog ( + )j < ( + ") jj ; y el lema os da la prueba del lema. Q.E.D. Qué mesaje os da este último lema: que los factores e el producto de i. se puede reordear si, y sólo si, se puede reordear los sumados e la serie de ii.. a está motivada la De ició. El producto i ito ( + ) coverge absolutamete si la serie P j j es covergete. O bie, por el propio lema aterior, si, y sólo si, ( + j j) coverge. (Observemos que e el lema estamos tratado co úmeros reales a y e la de ició co complejos.) Corolario. Si u producto i ito coverge absolutamete, etoces es covergete. P Demostració. El lema os proporcioa la covergecia de la serie j j; luego, e particular, podemos supoer j j < ; 8 0 : ( Por qué?) Como para jj < se tiee que dode log ( + ) h() + 3 + 3 3 3 4 4 4 + ::: h() + :::! ; si! 0; 6

y para m 0 mx log ( + ) X m j h( )j ; 0 0 se tiee, por tato, como el cojuto fh( ) : Ng está acotado y la serie P j j coverge, se sigue de la desigualdad aterior que cuado 0 ; m de la serie mx log ( + )! 0 0! +. Pero ésto o es i más i meos que la covergecia de X log ( + ) ; luego aplicado ahora el lema, se tiee que el producto i ito ( + ) coverge. Q.E.D. Ojo, más de lo que dice el lema, o se puede decir; o caigamos e la tetació de hacer uso icosciete de la relació coverge, ( + ) coverge, X que, además, "ofrece" el siguiete Argumeto fala: Cosiste e probar, para complejos (clave para difereciarlo del lema, dode la equivalecia se da para la covergecia absoluta j j 0) que el producto i ito ( + ) coverge, si y sólo si, la serie P coverge. Ahí va: ** "Por el lema, teemos que la covergecia del producto ( + ) y de la serie P log ( + ) so equivaletes. Si hacemos caso a Taylor: existe ua fució holomorfa g e u etoro del orige, co límite, tal que log ( + ) g(): Por tato, para su cietemete grade, g( ) estará ta próximo a como queramos, y así, la serie P g( ) coverge si, sólo si, coverge P, lo que cocluye la prueba." ** Ecuetra el gaapo y u cotraejemplo. Completamos esta primera parte co u resultado relativo a productos (i- itos) de fucioes holomorfas. Queremos cosiderar, cocretamete, fucioes de la forma f() : + 7 ( + f ())

tomado valores e u domiio. Recordemos, teorema de Weierstrass, que ua codició su ciete para la holomorfía de f es que las f lo sea y que la sucesió de productos parciales coverja uiformemete sobre compactos. Ahora, co esta otació, probamos que: Proposició. Si f H () ; N y la serie P jf j coverge uiformemete sobre compactos, etoces el producto ( + f ) coverge uiformemete sobre compactos y represeta ua fució holomorfa e : E particular, coverge absolutamete e : Demostració. La covergecia absoluta se sigue del lema. Sea K u subcojuto compacto del domiio. La hipótesis sobre la serie P jf j os garatia que 9 : m ) jf ()j < ; 8 K: Podemos supoer, por tato, que las fucioes + f o se aula e K., por otro lado, podemos ecotrar otro atural N tal que +X mn+ jf m ()j < " ; 8 K: Pero, teiedo e cueta que +X jlog ( + )j ( ) m+ m m jj + + 4 + ::: jj ; lo aterior os dice que m +X mn+ log ( + f m ()) "; 8 K; lo cual equivale a la existecia de ua fució límite f sobre K a la que la serie P log ( + f ) coverge uiformemete: +X f() lim log ( + f ()) ; 8 K: Esta fució ha de estar acotada, y como la expoecial es uiformemete cotiua sobre domiios acotados, se tiee que! NX exp log ( + f ())! e f() uiformemete sobre el compacto K. La arbitrariedad del mismo os da lo que deseamos. Q.E.D. 8

Ejemplo. Existe ua fució holomorfa e el disco uidad dada por f() : Cosideremos el producto i ito + ( + ) ( + ) : para D. Sea K u compacto del disco uidad. Como existe algú disco de radio < tal que K D(0; ); el test de Weierstrass os proporcioa covergecia uiforme sobre K de la serie P : +X jj +X ; luego la proposició os dice que este producto de e ua fució holomorfa e el disco uidad a la que coverge e la topología de la covergecia uiforme sobre compactos. Ejemplo. El producto i ito k + k de e ua fució holomorfa e el semiplao Re >. Fijemos u compacto K e el domiio que estamos cosiderado. Ha de existir > 0 tal que para cada elemeto del compacto: Re + ) k k Re ; 8k N: k+ Cosecuetemete, la serie +X coverge uiformemete sobre K: La proposició aterior ya se ecarga del resto. Alguas fórmulas otables. k Para cada com- Proposició (desarrollo e producto i ito del seo). plejo se tiee que + si k : k 9

Demostració. Cosideremos la fució auxiliar + f : C! C; f() : k (si ) : k Objetivo: probar que se trata de la fució costate. El teorema de Riema de sigularidades evitables os dice que f es ua fució etera y si ceros. Además, es par. Vamos a estudiar el comportamieto de f para valores de su cietemete grades. Supogamos, así, que jj : Pero, e esta situació, el pricipio del módulo máximo os dice que jf()j alcaa su máximo sobre la poligoal + (; i) ; + ( ; i) ; + ( ; i) ; + (; i) ; la cual tiee la gracia de o pasar (sea cual sea el valor del atural ) por iguo de los ceros del seo. Vamos a probar que existe ua costate k > 0 tal que si está sobre dicha poligoal, etoces E efecto. E geeral, se tiee luego jsi j jsi j k: jsi j jsih (Im )j ; jsi (Im )j je Im e Im j e (+ ) e (+ ) : k: e 3 e 3 Además, podemos acotar el producto i ito mediate expoecial del modo siguiete: + + + k k k k k k k+ e j k j + e j k j < e jj (+log ) e jj k k exp jj k+! jj ( + log ) + 0

(dode hemos usado las desigualdades X k k < + log y + X k+ (k) < para obteer la última desigualdad). Observado, otra ve, el comportamieto de jj para muy grade: se sigue que, al, jf()j jj jj ) ( + log ) < r p jj; + k k k si A exp jj 3 ; de dode se sigue la existecia de ua costate B tal que + k Ae B : si Ahora es cuado juega que f sea ua fució par: ha de ser B 0, y podemos determiar A observado que A f(0) lim!0 si : Q.E.D. Ua simpática forma de escribir el mismo resultado, y muy atural, sabiedo que lo que queremos es obteer ua fució etera que se aule e todos y cada uo de los eteros, es expresar la fució si() como: ::: ( + k + ) ( + k) ::: ( + ) ( + ) ( ) ( ) ::: ( k) ( k ) ::: Pero, simpatías aparte, el lema euciado más arriba os expoe que esta expresió mediate producto o es absolutamete covergete e igú puto de Cf0g; es decir, o podemos agrupar los factores de cualquier forma y escribir, por ejemplo: + si () k + + : k k k La última parte de este tema se dedicará a obteer estas factoriacioes de modo absolutamete covergete: la fució expoecial jugará u papel extremadamete importate e este aspecto y os proveerá de los ta esperados ya, factores primarios de Weierstass. Ates, alguos otros ejemplos iteresates.

Ejemplo (producto i ito del coseo). Para cada complejo se tiee que +! cos : (k ) k Demostració. La factoriació del seo permite los siguietes cálculos: cos si si + k + k + k (k ) + k k k k (k) + k! : (k ) Q.E.D. Ejemplo (fórmula de Wallis). Se veri ca Demostració. Evaluamos e de dode si 4 4 6 6 3 3 5 5 7 ::: la factoriació del seo: + k! (k) ; + (k) + (k) k k k + k : k k Nota: Se puede raoar, al hilo de la demostració aterior, que la serie es covergete, pero o es absolutamete covergete: si llamamos P : k (k) (k) al térmio geeral de la sucesió de productos parciales, lo que se prueba, realmete, es que P coverge a ; pero P + + + P ; 8 N;

de dode se sigue que la sucesió P + coverge igualmete ( y al mismo límite!), ergo P., si embargo, los productos + k k + k + y k k so divergetes, de dode se sigue que o hay covergecia absoluta. Pasamos ya a uo de los resultados cetrales de la teoría de fucioes aalíticas. Teorema de Factoriació de Weierstrass. Para cualquier sucesió! existe ua fució etera f tal que k f() 0 () f : Ng Alguas cuestioes previas a la demostració de este hecho:. La hipóptesis sobre la sucesió... sólo cosiste e evitar trivialidades: si es ito el cojuto de ceros, el producto o da problemas y la fució es el resultado de u producto de poliomio y expoecial adecuados; y si la sucesió o coverge a, algua de sus parciales se va a acumular e algú puto de C: u domiio para el que el pricipio de idetidad o dejaría más escapatoria que f 0:. Hay formas obvias, triviales, de de ir ua fució arbitraria que veri que el " () ". Lo importate es la holomorfía; y, de ahí, la absoluta covergecia de la expresió como producto i ito. Esta es la verdadera fuera de este resultado. Comeamos co argumetos de tipo heurístico: Para de ir la tal f H (C) parecería atural hacer f() : + ( ) : Pero, ya de etrada, observacioes ta elemetales como la hipótesis sobre la sucesió ( ) ; raoado para jo, colleva que la sucesió de factores o covergería a, luego divergería el producto. Este "detalle" lo podemos evitar cosiderado los ceros e Cf0g y escribiedo pues, ahora, si la serie f() : es covergete, etoces la serie + X X 3 ;

coverge uiformemete sobre compactos, luego así tambié el producto y resulta la deseada fució etera. Además, aú e el caso de divergecia de la serie P pero covergecia de P ; podemos modi car la de ició de f así: f() : + exp : Estos "factores de covergecia" actúa así: raoado sobre compactos y para coveiete, podemos hacer j j > jj, de dode log exp 3 3 3 ::: + + 4 + 8 + ::: ; luego hay covergecia uiforme sobre compactos. Por tato, la serie +X log exp ; 6 es uiformemete covergete, y el producto lo será sobre compactos. El mismo raoamieto os es válido si cosideramos series del tipo X p+ para p N; lo cual os habilita para cosiderar los factores de covergecia W () : exp + + ::: + p p p que garatia la covergecia uiforme sobre compactos del producto + W (); que, además, represeta ua fució etera co los ceros deseados... Si embargo, 9 ( ) C :! y X p divergete para todo p N; por ejemplo, la sucesió (log ) : Para este pequeño atasco basta "rede ir" los factores de covergecia como: W () : exp + + ::: + ; 4

dode, por el mometo, seguimos co 6 0. ya etramos e la Demostració (del teorema de factoriació de Weierstrass). Raoado, como más arriba, sobre compactos y para coveiete, podemos hacer j j > jj, a partir de coveiete atural, de dode log W () +X k+ k k k : E resume, las expresioes +X log W () y + W () so uiformemete covergetes sobre compactos. Además, cada factor sólo se aula e ; y por la de ició del producto i ito, éste sólo se aula e tales putos. Sólo resta añadir los posibles ceros e el orige y hacer Q.E.D. f() : p + W (); 8 C: Ejemplo. Queremos lograr ua fució etera co ceros e N. Notemos que la serie P j j diverge, pero P coverge. Por tato, podemos de ir tal fució como f() : + e ; 8 C: Corolario. Toda fució f meromorfa e el plao C se puede escribir como el cociete de dos fucioes eteras. Demostració. Las sigularidades de f so todas polos. Escribamos este cojuto como ; dode cada polo aparece tatas veces como su orde idique. A este cojuto le podemos asociar, vía teorema de Weierstrass, ua fució etera h tal que Z (h) : Ahora bie, el teorema de sigularidades evitables de Riema os garatia que g : fh es ua fució etera tal que Z (g) Z (f). Por el pricipio de idetidad es f gh. Q.E.D. Aplicació: estudio de la fució Gamma. E el ejemplo de arriba hemos visto cómo la fució etera co ceros e N más secilla es el producto caóico f() : + e ; 8 C: [] Claramete! f( ) 5

tiee a los aturales como ceros, y: f()f( ) si : Vamos a profudiar e alguas propiedades de f aprovechado la forma e la que ha sido costruida. La fució! f( ) tiee los mismos ceros que f y, además, el orige. Por tato, os está permitido escribir f( ) f() exp (g()) ; dode g H (C). Queremos determiar la fució etera g. Si tomamos derivadas logarítmicas e ambos miembros de la ecuació aterior (usado la expresió []) se tiee: +X + + g0 () + +X + : [] Si hacemos el cambio $ + e la serie de la iquierda, operado e ese miembro os queda: +X + +X + +X 0 + + + + +X + + + + +X ; + dode la última serie suma. E cosecuecia, la ecuació [] se reduce a g 0 () 0, sea cual sea el valor del complejo ; luego la fució g buscada es ua costate. Llamemos a tal costate. Por tato: f( ) e f(); 8 C: De algú modo, es más secillo operar cosiderado la fució la cual veri ca la relació h() : f() exp(); 8 C; h( ) h(); 8 C: [ ] Ahora, el valor de se puede obteer de modo secillo: haciedo, f(0) e f(); 6

de dode e + + e : Como el -ésimo producto parcial e dicha expresió se puede escribir así: ( + ) exp + + ::: + ; tomado logaritmos (y aprovechado su cotiuidad), os queda: lim + + ::: + log : Se trata de la llamada costate de Euler, cuyo valor (aproximado) es 0:577. Dado que h veri ca la relació [ ], si hacemos () : [h()], etoces aparece la relació ( + ) (); 8 C: Esta fució etra, por derecho, etre el reducido círculo de fucioes famosas de las matemáticas bajo el ombre de fució gamma de Euler. La forma e la que la hemos itroducido permite obteerla como: de modo que () e + () ( ) + e ; si () : Observamos, de modo imediato, que la fució es meromorfa (y co sus polos e N [ f0g), pero o tiee ceros. Es secillo comprobar que esta fució es ua geeraliació de la fució factorial. Cocretamete: () ( )! para cada atural : Igualmete, de la última relació, podemos extraer como iformació, que p : Otras propiedades de iterés de la fució gamma las podemos obteer a partir de la seguda derivada de log. Por derivació d d 0 () +X () ( + ) : 7

Por ejemplo, se puede comprobar que como () ( + ) y () tiee los mismos polos, la relació aterior os da: d d 0 () + d () d Por itegració se obtiee 0 ( + ) ( + ) 4 +X +X +X +X ( + ) + 4 ( + ) + +X ( + ) d d + + 4 ( + + ) 0 () : () () ( + ) ea+b (); y usado relacioes coocidas para los valores y, se tiee (pruébese) que a log ; b log + log ; de dode se sigue la llamada fórmula de duplicació de Legedre: p () () ( + ): EJERCICIOS PROPUESTOS.. Determia cuáles de los siguietes productos i itos so covergetes: i. ; ii. + ; iii. v. N N N ( ) ( ) p ; iv. ; vi. N N ; + :. Este ejercicio expoe iformació suplemetaria muy iteresate a la teoría expuesta arriba: (a) Ayúdate del producto i ito dado e.v. para probar que X coverge ; ( + ) coverge. (b) Prueba que, si embargo, si X y X j j coverge ) ( + ) coverge. 8

(c) Busca, y ecuetra, u ejemplo de producto i ito ( + ) covergete (a u límite o ulo) tal que P o sea covergete. 3. De e ua fució etera que tega ceros simples e los cuadrados de los aturales. 4. Determia los productos caóicos asociados a cada ua de las siguietes sucesioes: i. : ; ii. : b : b > 0; iii. : (l ). 5. Prueba que los siguietes productos de e fucioes eteras: i. ( + a ) : a D; ii. e ; Zf0g Zf0g iii. +. (l ) Zf0g 6. Ecuetra ua fució f holomorfa (o trivial) e el o disco uidad tal que sus ceros los tome e los putos + : N : (Te puedes ayudar de ua fució etera g que se aule e los aturales, y luego de ir f() : g.) 9