Runge-Theorie

mathematischer Satz

In der Funktionentheorie beschäftigt sich die Runge-Theorie mit der Frage, wann auf einem Teilgebiet holomorphe Funktionen durch auf einem größeren Gebiet holomorphe Funktionen approximiert werden können. Sie wurde wesentlich von Carl Runge entwickelt, der 1885 seinen Approximationssatz veröffentlichte.

Runge-Theorie für Kompakta

Bearbeiten
 
Die Menge   (rote Punkte) trifft jede beschränkte Komponente von   (mindestens einmal).

Für eine Menge   sei   die  -Algebra der rationalen Funktionen, die nur in   Polstellen aufweisen.

Der Runge’sche Approximationssatz für Kompakta besagt nun: Sei   ein Kompaktum. Trifft   jede beschränkte Komponente von  , dann ist jede auf   holomorphe Funktion gleichmäßig durch Funktionen aus   approximierbar.

Als wichtigen Spezialfall erhält man den Kleinen Satz von Runge: Wenn für ein Kompaktum   das Komplement zusammenhängend ist, dann ist jede auf   holomorphe Funktion gleichmäßig durch Polynome approximierbar. (Denn in diesem Fall kann man   wählen und rationale Funktionen ohne Polstellen sind Polynome.)[1]

Runge-Theorie für Bereiche

Bearbeiten

Der Satz von Runge über rationale Approximation lautet: Sei   ein Bereich und   eine Menge, deren Abschluss   in   jedes Loch von   trifft. Dann liegt die Algebra   bzgl. der Topologie der kompakten Konvergenz dicht in der Algebra der holomorphen Funktionen  . Als Loch wird hierbei eine kompakte Komponente von   bezeichnet.

Zwei Bereiche   heißen Runge’sches Paar, wenn jede auf   holomorphe Funktion sich auf Kompakta gleichmäßig durch auf   holomorphe Funktionen approximieren lässt. Aus obigem Approximationssatz folgt mit Hilfe des Satzes von Behnke-Stein schließlich die Charakterisierung:

  bilden genau dann ein Runge’sches Paar, wenn   keine kompakten Komponenten hat, also   relativ zu   keine Löcher aufweist.

Anwendungen

Bearbeiten
  • Der Satz von Mittag-Leffler lässt sich aus den Runge’schen Sätzen herleiten.
  • Es existieren punktweise konvergente Polynomfolgen, die nicht auf allen Kompakta lokal gleichmäßig konvergieren.
  • Die Einheitskreisscheibe lässt sich holomorph und eigentlich in   einbetten. (Tatsächlich sogar in  , was aber nicht direkt aus den Runge’schen Sätzen folgt.)
  • Jedes Gebiet von   ist ein Holomorphiegebiet, d. h. zu jedem Gebiet gibt es eine darauf definierte holomorphe Funktion, die sich nicht holomorph über dieses Gebiet hinaus ausdehnen lässt.

Runge-Approximation auf riemannschen Flächen

Bearbeiten

Der Approximationssatz wurde 1948 durch Behnke und Stein auf riemannsche Flächen verallgemeinert.[2] Man kann auf riemannschen Flächen zwar nicht von Polynomen sprechen, aber die Approximierbarkeit einer Funktion durch Polynome auf kompakten Mengen   ist äquivalent zur Approximierbarkeit durch ganze Funktionen, wie man durch Abbrechen der Taylor-Reihen leicht sieht, und in dieser Form gelingt folgende Verallgemeinerung:[3]

  • Sei   eine riemannsche Fläche und   eine offene Teilmenge, so dass deren Komplement   keine kompakten Zusammenhangskomponenten hat. Dann kann jede auf   holomorphe Funktion bzgl. der Topologie der kompakten Konvergenz durch holomorphe Funktionen auf   approximiert werden.

Beachte, dass die Aussage für kompakte riemannsche Flächen trivial wird, denn dann ist notwendig  . Für nicht-kompakte riemannsche Flächen erhält man als nicht-triviale Folgerung, dass  , d. h. heißt die 1-te Garbenkohomologie mit Werten in der Garbe   der holomorphen Funktionen verschwindet. Daraus erhält man leicht die Lösbarkeit von Mittag-Leffler-Problemen (siehe Satz von Mittag-Leffler) auf nicht-kompakten riemannschen Flächen.[4]

Verallgemeinerung

Bearbeiten

Literatur

Bearbeiten

Einzelnachweise

Bearbeiten
  1. Wolfgang Fischer, Ingo Lieb: Funktionentheorie, Vieweg Verlag 1980, ISBN 3-528-07247-4, Kapitel VIII §1: Die Rungeschen Approximationssätze
  2. H. Behnke, K. Stein: Entwicklung analytischer Funktionen auf Riemannschen Flächen. In: Math. Ann., Vol. 120 (1947–1949), S. 430–461
  3. Otto Forster: Riemannsche Flächen, Springer-Verlag 1977, ISBN 3-540-08034-1, 25.5: Rungescher Approximationssatz
  4. Otto Forster: Riemannsche Flächen, Springer-Verlag 1977, ISBN 3-540-08034-1, 26.1-26.3
  5. S. N. Mergelyan: Uniform approximation to functions of a complex variable. In: Amer. Math. Soc. Translation, No. 101