함수f 가 적분경로C:z=z(t),t∈[a,b] 에서 조각마다 연속라고 하자. 양수 L=∫ab∣z’(t)∣dt 는 C 의 길이고, C 상의 모든 점에 대해 ∣f(z)∣≤M 을 만족하는 양수 M 이 존재한다면
∫Cf(z)dz≤ML
증명
함수 z’:[a,b]→C 에 대해 ∫abz’(t)dt=r 이라 하자.
r=0 이면 ∫abz’(t)dt=reiθ 로 나타낼 수 있다. 그러면 θ 는 상수이므로
r=∫abe−iθz’(t)dt≤∫abe−iθz’(t)dt=∫abe−iθ∣z’(t)∣dt
여기서 실수의 허수승은 항상 크기가 1이므로, e−iθ=1 이다. 즉,
∫abz’(t)dt=r≤∫ab∣z’(t)∣dt
이로써 실함수에서 성립하던 정적분의 성질이 복소함수에서도 성립함을 알 수 있다. 위에서 유도한 부등식을 쓰면
∫Cf(z)dz=≤==∫abf(z(t))z’(t)dt∫ab∣f(z(t))∣∣z’(t)∣dt∫abM∣z’(t)∣dtML
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설명
ML 보조정리에서 M은 Maximum, L은 Length를 뜻한다.
ML 보조정리를 사용할 때 헷갈리기 쉬운 것이 바로 L 을 잡는 방법이다. 원래의 적분에서 C 이 반지름이 r 인 원으로 주어지고, 치환할 때 적분구간이 [0,2π] 가 되는 경우가 잦다. 치환하고 나서 ML 보조정리를 쓰면 L 은 원래 원의 둘레인 2πr 이 아니라 치환 후 적분구간의 길이인 2π 를 사용해야한다. 다시 말해, 치환함으로써 새롭게 생겨나는 곡선(선분)인 C′ 에 대해 ML 보조정리를 적용해야한다는 사실을 잊기 쉽다는 것에 주의해야한다.
Osborne (1999). Complex variables and their applications: p76. ↩︎