次調和函數

次調和函數（subharmonic）是數學上對函數的一種分類，常用在偏微分方程、複變分析及位勢論中。

次調和函數類似單變數的凸函數。若一凸函數和一線段相交於二點，在這二點內凸函數的圖形會在線段的下方。相似的，若在次調和函數在球邊界上的值不大於調和函數的值，則若在次調和函數在球內的值也不大於調和函數的值。

若將以上的「不大於」改為「不小於」，就可以定義過調和函數（Superharmonic）。過調和函數其實就是次調和函數的加法逆元，因此有關次調和函數的性質都可以轉換為過調和函數的對應性質。

正式定義

次調和函數的正式定義可以表示如下。令${\displaystyle G}$是歐幾里得空間 ${\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}$的子集，且令 $${\displaystyle \varphi \colon G\to \mathbb {R} \cup \{-\infty \}}$$ 為上半連續函數。則${\displaystyle \varphi }$稱為次調和函數，若針對所有${\displaystyle G}$內，球心為${\displaystyle x}$，半徑為${\displaystyle r}$的閉球${\displaystyle {\overline {B(x,r)}}}$，以及閉球${\displaystyle {\overline {B(x,r)}}}$內的實值連續函數${\displaystyle h}$，在${\displaystyle B(x,r)}$上為調和函數，且在${\displaystyle B(x,r)}$邊界${\displaystyle \partial B(x,r)}$上的每一個${\displaystyle y}$，都可以使${\displaystyle \varphi (y)\leq h(y)}$成立。也就可以得到${\displaystyle \varphi (y)\leq h(y)}$在所有${\displaystyle y\in B(x,r)}$都成立。

若函數${\displaystyle u}$為次調和函數，則函數${\displaystyle -u}$即為過調和函數。

性質

• 一函數為調和函數若且唯若其為次調和函數且是過調和函數。
• 若${\displaystyle \phi }$在${\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}$內的開集${\displaystyle G}$中為C²（二次連續可微），則${\displaystyle \phi }$為次調和函數若且唯若在${\displaystyle G}$內${\displaystyle \Delta \phi \geq 0}$成立，其中${\displaystyle \Delta }$為拉普拉斯算子。
• 次調和函數的最大值在其內部的條件是該函數為常數，此為最大值定理（英語：maximum principle），王過，次調和函數的最小值可以在其內部。
• 次調和函數形成凸錐，也就是說，次調和函數正係數的線性組合，仍為次調和函數。
• 二個次調和函數的逐點最大值（英語：pointwise maximum）也是次調和函數。
• 次調和函數的遞減級數的極限也是次調和函數。
• 在一般的拓樸下，次調和函數不一定是連續的。不過可以引進fine topology（英語：fine topology (potential theory)）使其連續。

相關條目

• 多重次調和函數（英語：Plurisubharmonic function）：在多複變變數函數（英語：Function of several complex variables）下的推廣。

腳註

參考資料

• Conway, John B. Functions of one complex variable. New York: Springer-Verlag. 1978. ISBN 0-387-90328-3.

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