복소해석학 에서 루셰 정리 (-定理, 영어 : Rouché's theorem )는 두 정칙 함수 의 영점 의 수가 같을 충분 조건을 제시하는 정리이다.
연결 열린집합
D
⊆
C
{\displaystyle D\subseteq \mathbb {C} }
길이를 갖는 널호모토픽 단순 닫힌곡선
γ
:
[
0
,
1
]
→
D
{\displaystyle \gamma \colon [0,1]\to D}
정칙 함수
f
,
g
:
D
→
C
{\displaystyle f,g\colon D\to \mathbb {C} }
z
∈
im
γ
{\displaystyle z\in \operatorname {im} \gamma }
|
g
(
z
)
|
<
|
f
(
z
)
|
{\displaystyle |g(z)|<|f(z)|}
를 만족시킨다고 하자. 루셰 정리 에 따르면,
im
γ
{\displaystyle \operatorname {im} \gamma }
f
{\displaystyle f}
f
+
g
{\displaystyle f+g}
[1] [2]
증명1 [ 편집 ] 우선, 가정에 의하여
f
{\displaystyle f}
f
+
g
{\displaystyle f+g}
im
γ
{\displaystyle \operatorname {im} \gamma }
유리형 함수
h
:
D
→
C
{\displaystyle h\colon D\to \mathbb {C} }
h
(
z
)
=
1
+
g
(
z
)
f
(
z
)
∀
z
∈
D
{\displaystyle h(z)=1+{\frac {g(z)}{f(z)}}\qquad \forall z\in D}
그렇다면, 임의의
z
∈
im
γ
{\displaystyle z\in \operatorname {im} \gamma }
|
h
(
z
)
−
1
|
<
1
{\displaystyle \left|h(z)-1\right|<1}
이며,
h
{\displaystyle h}
im
γ
{\displaystyle \operatorname {im} \gamma }
im
γ
{\displaystyle \operatorname {im} \gamma }
f
{\displaystyle f}
f
+
g
{\displaystyle f+g}
N
(
γ
,
f
)
{\displaystyle N(\gamma ,f)}
N
(
γ
,
f
+
g
)
{\displaystyle N(\gamma ,f+g)}
편각 원리 에 의하여
N
(
γ
,
f
+
g
)
−
N
(
γ
,
f
)
=
1
2
π
i
∫
γ
(
f
′
(
z
)
+
g
′
(
z
)
f
(
z
)
+
g
(
z
)
−
f
′
(
z
)
f
(
z
)
)
d
z
=
1
2
π
i
∫
γ
h
′
(
z
)
h
(
z
)
d
z
=
1
2
π
i
∫
h
∘
γ
d
w
w
=
0
{\displaystyle N(\gamma ,f+g)-N(\gamma ,f)={\frac {1}{2\pi i}}\int _{\gamma }\left({\frac {f'(z)+g'(z)}{f(z)+g(z)}}-{\frac {f'(z)}{f(z)}}\right)\mathrm {d} z={\frac {1}{2\pi i}}\int _{\gamma }{\frac {h'(z)}{h(z)}}\mathrm {d} z={\frac {1}{2\pi i}}\int _{h\circ \gamma }{\frac {\mathrm {d} w}{w}}=0}
이다.
증명2 [ 편집 ] 우선, 가정에 의하여, 임의의
t
∈
[
0
,
1
]
{\displaystyle t\in [0,1]}
z
∈
im
γ
{\displaystyle z\in \operatorname {im} \gamma }
f
(
z
)
+
t
g
(
z
)
≠
0
{\displaystyle f(z)+tg(z)\neq 0}
이다. 편각 원리 에 의하여, 연속 함수
φ
:
[
0
,
1
]
→
Z
{\displaystyle \varphi \colon [0,1]\to \mathbb {Z} }
φ
(
t
)
=
1
2
π
i
∫
γ
f
′
(
z
)
+
t
g
′
(
z
)
f
(
z
)
+
t
g
(
z
)
d
z
∀
t
∈
[
0
,
1
]
{\displaystyle \varphi (t)={\frac {1}{2\pi i}}\int _{\gamma }{\frac {f'(z)+tg'(z)}{f(z)+tg(z)}}\mathrm {d} z\qquad \forall t\in [0,1]}
의 상은 항상 정수이다. 즉,
φ
{\displaystyle \varphi }
상수 함수 이며, 특히
N
(
γ
,
f
)
=
φ
(
0
)
=
φ
(
1
)
=
N
(
γ
,
f
+
g
)
{\displaystyle N(\gamma ,f)=\varphi (0)=\varphi (1)=N(\gamma ,f+g)}
이다.
방정식
z
7
−
4
z
3
+
z
−
1
=
0
{\displaystyle z^{7}-4z^{3}+z-1=0}
이 원
|
z
|
=
1
{\displaystyle |z|=1}
의 내부에서 몇 개의 해를 갖는지 구해보자.[2]
f
,
g
:
C
→
C
{\displaystyle f,g\colon \mathbb {C} \to \mathbb {C} }
f
(
z
)
=
4
z
3
∀
z
∈
C
{\displaystyle f(z)=4z^{3}\qquad \forall z\in \mathbb {C} }
g
(
z
)
=
z
7
+
z
−
1
∀
z
∈
C
{\displaystyle g(z)=z^{7}+z-1\qquad \forall z\in \mathbb {C} }
그렇다면
f
,
g
{\displaystyle f,g}
삼각 부등식 에 의하여 만약
|
z
|
=
1
{\displaystyle |z|=1}
|
g
(
z
)
|
≤
3
<
4
=
|
f
(
z
)
|
{\displaystyle |g(z)|\leq 3<4=|f(z)|}
이다.
f
{\displaystyle f}
|
z
|
<
1
{\displaystyle |z|<1}
f
+
g
{\displaystyle f+g}
|
z
|
<
1
{\displaystyle |z|<1}
따름정리 [ 편집 ] 루셰의 정리를 이용하면 대수학의 기본 정리 와 열린 사상 정리 , 후르비츠 정리 를 쉽게 증명할 수 있다.[2] [3]
대수학의 기본 정리 [ 편집 ] 루셰의 정리를 이용하여 간단히 대수학의 기본 정리를 증명해 보자. 임의의 n차 다항식에서 n차 항과 n-1차 이하 항을 각각 f, g로 잡자. 그러면 z의 크기를 무한대로 보낼 때 |g/f|→0 이므로, |z| = R로 둘러싸인 영역 이 g의 영점을 포함하고 이 경계에서 |g| < |f|를 만족하도록 항상 적당한 R을 잡을 수 있다. 그러면 |z| = R 안에서 f는 n개의 해를 가지므로, 루셰의 정리에 의해 f+g 역시 n개의 해를 가지게 된다.
프랑스 수학자 외젠 루셰 (프랑스어 : Eugène Rouché )의 이름이 붙어 있다.
↑ Elias M. Stein, Rami Shakarchi (2003), Complex Analysis , Princeton University Press, ISBN 0-691-11385-8 , p.91.
↑ 가 나 다 강승필, 《해설 복소함수론》, 경문사, 2007, 215쪽.
↑ 같은 책, 218쪽.
참고 문헌 [ 편집 ] 강승필, 《해설 복소함수론》, 경문사, 2007
Elias M. Stein, Rami Shakarchi (2003), Complex Analysis , Princeton University Press, ISBN 0-691-11385-8 외부 링크 [ 편집 ] 
![{\displaystyle \gamma \colon [0,1]\to D}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e472a1bd16d5c728ffc1aa8727e1585c9695548b)
![{\displaystyle t\in [0,1]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/31a5c18739ff04858eecc8fec2f53912c348e0e5)
![{\displaystyle \varphi \colon [0,1]\to \mathbb {Z} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/443589905e3f5036ab3247853a2a5b48ffab651f)
![{\displaystyle \varphi (t)={\frac {1}{2\pi i}}\int _{\gamma }{\frac {f'(z)+tg'(z)}{f(z)+tg(z)}}\mathrm {d} z\qquad \forall t\in [0,1]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/51570b40f5407040f30e15f8cefbe9bd4f6a4d4e)
