Una distribución prueba funciones; una corriente prueba formas y conserva además orientación. Eso permite integrar sobre curvas, superficies o conjuntos con singularidades. Después veremos residuos: integrales que seleccionan un coeficiente de una función meromorfa. En cada cuenta fijaremos grado, orientación y normalización para que los signos tengan un significado claro.
Si necesitas repasar:
1. Una corriente recibe formas del grado que completa la dimensión ambiente
En una variedad compleja de dimensión n, la dimensión real es 2n. Una forma α de grado r con coeficientes localmente integrables define , donde la prueba φ es suave, compactamente soportada y de grado 2n−r.
Una corriente general es un funcional lineal continuo sobre esas pruebas. La continuidad controla un número finito de derivadas sobre cada compacto; no exige que sus coeficientes sean funciones ordinarias. Aquí llamamos grado r al de α. Otros textos indexan por la dimensión de la prueba: conviene traducir antes de comparar fórmulas.
Una función como corriente de grado cero
En C, α=2 y φ=h dx∧dy, con h suave compacta e integral tres.
Grados
C tiene dimensión real dos; la prueba es una dos forma.
Producto
α∧φ=2h dx∧dy.Integrar
La corriente devuelve 2·3=6.
La función constante define una corriente, pero no una masa puntual.
Una masa puntual actúa sobre pruebas de grado cero y tiene otro grado.
La dirección de una forma cambia lo que detecta
En C, α=dx y φ=g dy.
Completar
Ambas tienen grado uno y su producto es g dx∧dy.
Valor
Si ∫g dxdy=2, la corriente devuelve dos.Comparar
Con prueba g dx obtendríamos dx∧dx=0 y valor cero.
Una corriente guarda información que no se reduce a integrar un número.
El orden de las formas también importa: dy∧dx=−dx∧dy.
2. Integrar sobre una subvariedad fija dimensión de prueba y orientación
Si S es una subvariedad real orientada de dimensión k, con volumen finito sobre compactos del ambiente, [S] actúa integrando k-formas sobre S. Su grado es 2n−k. Cambiar la orientación cambia su signo. Una subvariedad compleja tiene orientación compleja canónica.
Si Y tiene dimensión compleja p, [Y] tiene bigrado (n−p, n−p) y actúa sobre pruebas de tipo (p, p). Para subconjuntos analíticos cerrados de dimensión pura se integra sobre la parte regular; su volumen local es finito y la corriente resultante es cerrada. Ese resultado no afirma que el conjunto singular sea una subvariedad suave.
Una masa en C dos
El punto cero en C².
Dimensión
El punto tiene dimensión real cero.
Grado
2n−k=4−0=4; su bigrado es (2,2).Prueba
Actúa sobre funciones y devuelve φ(0).
La corriente puntual tiene grado máximo.
No se confunde con una hipersuperficie compleja de grado dos.
Una curva en C tres
Y es una subvariedad compleja de dimensión uno en C³.
Dimensión real
k=2.Grado
2n−k=6−2=4 y bigrado (2,2).Prueba
Integra formas de tipo (1,1), de grado real dos, sobre Y.
El mismo grado cuatro tiene distinto tipo de prueba que en el ejemplo anterior por cambiar el ambiente.
Siempre se declara la dimensión ambiente antes de restar grados.
3. El signo de la derivada se elige para extender la derivada de formas
Para una corriente de grado r fijamos . La fórmula d(α∧φ)=dα∧φ+(−1)ʳα∧dφ y Stokes con prueba compacta dan
.
Para una S propiamente incluida en el ambiente, de dimensión real k y con borde, esto da en ambiente de dimensión par. La inclusión propia evita extremos omitidos que se acumulen dentro del ambiente. Si se usa en cambio la convención de borde de corrientes indexadas por dimensión, ∂T(φ)=T(dφ), aparece ∂[S]=[∂S] sin ese factor.
Es una traducción de convenciones, no un cambio del borde geométrico.
Un segmento permite comprobar los extremos
S=[0,1] en C, orientado de cero hacia uno.
Dimensión
k=1, así que el factor (−1) elevado a k+1 es +1.Integrar
d[S](φ)=∫₀¹dφ=φ(1)−φ(0).Signos
El final aporta positivo y el comienzo negativo.
d[S]=δ₁−δ₀ con la convención fijada.
No es la derivada de una función indicadora de grado cero.
Para una región de dimensión dos aparece el otro signo
D es el disco cerrado orientado en C.
Dimensión
k=2 y [D] tiene grado cero.Definición
para una uno forma de prueba.
Stokes
Es el negativo de la integral por el círculo positivo de α, por lo que d[D]=−[∂D].
El signo depende del grado o, equivalentemente aquí, de k.
La corriente del propio círculo sí es cerrada: su borde está vacío.
4. Positividad y productos requieren especificar las pruebas y los factores
Una corriente real de tipo (1,1) es positiva si devuelve valores no negativos sobre pruebas fuertemente positivas de tipo (n−1, n−1), construidas con productos de y coeficientes no negativos.
Las corrientes de hipersuperficies complejas son positivas. Multiplicar por una forma suave está definido, pero no multiplicar dos corrientes arbitrarias. Para u PSH localmente integrable, ddᶜu es positiva y cerrada con la normalización siguiente. Bedford–Taylor define determinados productos con potenciales PSH localmente acotados; no cualquier producto de deltas o divisores coincidentes.
La orientación compleja da positividad
Y={w=0}⊂C² y la prueba es , con g≥0 suave compacta.
Restringir
Sobre Y queda la misma forma en la coordenada z=x+iy.Calcular
.
Integrar
[Y] devuelve 2∫g(x, y,0)dxdy≥0.
La prueba positiva produce un valor no negativo.
Invertir arbitrariamente la orientación de Y cambiaría el signo y no sería su orientación compleja.
Un producto suave que sí tiene sentido
En C, multiplicar δ₀ por a(z)=|z|².
Definición
(aδ₀)(φ)=δ₀(aφ).Evaluar
Es a(0)φ(0)=0.Resultado
aδ₀=0 como corriente de grado máximo.
Se ha multiplicado por una función suave.
Esto no define δ₀² ni el producto de dos corrientes singulares arbitrarias.
5. Poincaré–Lelong transforma un logaritmo en su divisor, con una normalización fija
Usamos . Para una meromorfa no idénticamente cero en ninguna componente, log|f| es localmente integrable y
. Se suman los órdenes de ceros y se restan los de polos.
En C, sobre un círculo positivo, dᶜlog|z|=dθ/(2π), de integral uno.
La igualdad es de corrientes: fuera del cero el logaritmo es armónico, pero la contribución puntual no desaparece. Con esta convención, usar log|f|² duplicaría el divisor.
Un cero de orden tres
f(z)=z³eᶻ.
Separar
log|f|=3log|z|+Re z.Parte regular
Re z es armónica, con ddᶜ igual a cero.
Masa
ddᶜlog|f|=3δ₀.
El orden de anulación aparece como coeficiente de la corriente.
Con log|f|² saldría 6δ₀, no tres.
Un polo aporta signo negativo
f(z)=z²/(z−1)³ sobre C.
Cero
En cero hay orden dos.
Polo
En uno hay polo de orden tres.
Corriente
ddᶜlog|f|=2δ₀−3δ₁.
La corriente no es positiva en este caso meromorfo con polos.
La positividad del divisor se garantiza para f holomorfa, sin polos.
6. Dos variables separadas se integran sobre un toro de dimensión real dos
Para h holomorfa cerca del polidisco cerrado, integramos la forma h(z, w)dz∧dw/(zw) sobre Γ={|z|=r,|w|=s}. La orientación es d arg z∧d arg w positiva. Γ es producto de dos círculos, no la esfera real tridimensional de C².
Dos aplicaciones de Cauchy, con esa orientación, dan . La integral selecciona el coeficiente constante de h. Variar los radios dentro de la región donde h es holomorfa no cambia esa extracción.
Separar el numerador antes de integrar
h(z, w)=4+z+2w.
Constante
El término cuatro aporta cuatro al residuo normalizado.
Término z
Al cancelar z falta el polo en la variable z; su integral de Cauchy es cero.
Término w
Ocurre lo mismo en w, así que el resultado total es cuatro.
El residuo es h(0,0)=4.
No se evalúa h en un punto cualquiera de los círculos.
Puede haber polos y aun así residuo cero
h(z, w)=2z+3w.
Descomponer
h/(zw)=2/w+3/z.Primer sumando
La integración en z de una constante da cero.
Segundo sumando
La integración en w da cero; el residuo total es cero.
No tener término constante basta aquí para residuo cero.
Eso no afirma que la forma no tenga polos.
7. Con polos más altos se extrae otro coeficiente del numerador
Para denominador zᵃwᵇ, con a, b enteros positivos, el residuo normalizado es el coeficiente de z elevado a a−1 por w elevado a b−1 en h. Equivalentemente es .
No se sustituye simplemente h(0,0) si alguno de los órdenes supera uno. Tampoco se identifica cualquier residuo con multiplicidad del cero del sistema: el numerador importa. La multiplicidad puede recuperarse con un numerador adecuado, pero es otra afirmación.
Buscar el monomio que corresponde al denominador
h=4+3z+2z²w y denominador z³w².
Objetivo
Los exponentes que buscamos son z²w.
Coeficiente
En h su coeficiente es dos.
Derivadas
∂²_z∂_w h(0,0)=4; al dividir por 2!·1! también obtenemos dos.
El residuo normalizado es dos.
El término constante cuatro no es el que selecciona este denominador.
Mismo sistema, numeradores distintos
Denominador z²w.
Numerador uno
No tiene término z: el residuo es cero.
Numerador z
El coeficiente z es uno: el residuo es uno.
Jacobian
El sistema (z², w) tiene jacobiano 2z; con ese numerador el residuo sería dos.
El residuo no es una multiplicidad independiente del numerador.
El anillo local C{z, w}/(z², w) tiene longitud dos; eso no hacía que los dos primeros residuos valieran dos.
8. Para polos acoplados, el ciclo sigue las ecuaciones del sistema
Sean f₁,…, holomorfas cerca de p, con cero común aislado. Se escogen pequeños niveles admisibles que formen un ciclo local regular Γ_f={|
|=ε_j}, orientado según el orden de sus argumentos. El residuo de Grothendieck es la integral de h dz₁∧…∧dz_n/(f₁…
), normalizada por (2πi)ⁿ.
No se eligen círculos coordenados arbitrarios como si todos los polos fueran separados. Si , el cambio ζ=f(z) permite aplicar Cauchy y da residuo h(p)/
(p). Si el jacobiano se anula, esa división no es válida.
Un sistema lineal acoplado
f₁=z+w, f₂=z−w y h=6+z.
Jacobian
La matriz tiene filas (1,1) y (1,−1), de determinante −2.
Cero
El único cero común es (0,0) y es simple.
Residuo
h(0,0)/J=6/(−2)=−3.
El signo procede del jacobiano y la orientación ordenada.
El ciclo está definido por los módulos de z+w y z−w, no por dos círculos coordenados escogidos sin revisión.
Cuando el jacobiano cero no permite dividir
f₁=z², f₂=w y h=5z.
En cero
=2z se anula.
Método apropiado
Es un caso separado: se extrae el coeficiente z del numerador.
Resultado
El residuo es cinco, sin ninguna división por cero.
Un cero degenerado necesita otro cálculo.
La existencia del residuo no depende de que funcione la fórmula del caso simple.
9. El orden del sistema y la orientación son parte de los datos
Invertir un círculo cambia el signo de la integral. En el caso general, permutar f₁,…, cambia la orientación del ciclo por el signo de la permutación si el numerador diferencial se mantiene fijo. Aunque el producto escalar de los denominadores conmute, el sistema ordenado aporta información adicional.
Si se cambian también las coordenadas, se transforma dz₁∧…∧dz_n con su jacobiano. La invariancia correcta conserva todos esos factores. No se mantiene el valor ignorando una dilatación del denominador o una permutación de orientación.
Reescalar dos ecuaciones
f₁=2z, f₂=3w y h=12.
Jacobian
=2·3=6.
Valor
El residuo es 12/6=2.Cambio de coordenadas
Con ζ=2z y η=3w, dz∧dw=(1/6)dζ∧dη, que reproduce el mismo factor.
La normalización por 2πi no elimina el seis de las ecuaciones.
Se transforma también la forma diferencial.
Permutar solo el sistema
Ahora f₁=3w, f₂=2z, manteniendo h dz∧dw=12 dz∧dw.
Jacobian
La matriz tiene filas (0,3) y (2,0), de determinante −6.
Orientación
El orden de argumentos es ahora w y después z.
Residuo
Es 12/(−6)=−2, el negativo del caso anterior.
Los dos denominadores escalares tienen el mismo producto, pero el ciclo orientado ha cambiado.
Permutar a la vez el orden del diferencial introduciría otro signo.
10. Divisores y residuos guardan información distinta de la misma singularidad
Poincaré–Lelong representa hipersuperficies de ceros y polos como corrientes con sus órdenes. Los residuos integran formas meromorfas sobre ciclos y extraen información local dependiente del numerador y del sistema. Una hipersuperficie y un punto en C² no tienen el mismo grado de corriente.
Las corrientes residuales enlazan estas integrales con ideales y dualidad local en una teoría más amplia. Antes de usarla se deben fijar los objetos y las operaciones permitidas. No se convierte cualquier intersección en un producto ordinario de corrientes singulares ni cualquier residuo en una multiplicidad.
El divisor no se concentra solo en el cruce
f(z, w)=z²w en C².
Logaritmo
log|f|=2log|z|+log|w|.Linealidad
ddᶜlog|f|=2[{z=0}]+[{w=0}].Soporte
Son las dos hipersuperficies completas, no solo el punto (0,0).
Esta corriente tiene bigrado (1,1), distinto de una masa puntual de bigrado (2,2).
Sumar los coeficientes dos y uno no autoriza sustituirla por 3δ₀.
Un residuo puede recuperar un número local sin definir un producto arbitrario
Sistema (z², w), numerador igual a su jacobiano 2z.
Extraer
El coeficiente de z en 2z es dos.
Anillo
El cociente por (z², w) tiene base uno, z, y longitud dos.
Comparar
En este ejemplo coincide el residuo con esa longitud; otros numeradores daban cero, uno o cinco.
La coincidencia usa datos adecuados, no una regla de multiplicar deltas sin definición.
El cálculo se justifica por Cauchy y el cociente explícito.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Residuo producto
Evalúa la integral normalizada de 3/(zw) sobre dos círculos positivos.
Ciclo
Dos círculos positivos con orientación producto en orden z y w.
Normalización
Hay un factor 2πi por cada variable.
Numerador
h(z, w)=3 es holomorfa y constante.Cauchy en una variable
Integrar 1/w aporta 2πi y deja el numerador tres.
Cauchy en la otra
Integrar 1/z aporta el segundo 2πi.
Dividir
3(2πi)²/(2πi)²=3.
El resultado es 3.
El numerador constante se evalúa en (0,0).
EJEMPLO RESUELTO 2
Un numerador variable
Para h(z,w)=2+z+5w, calcula el mismo residuo producto.
Datos
h(z, w)=2+z+5w y denominador zw.Fórmula
El residuo producto normalizado selecciona h(0,0).
Constante
El término dos permanece.
Primera variable
El término z cancela el polo de z y su integral en esa variable es cero.
Segunda variable
El término 5w cancela el polo de w y también da cero.
Resultado
El residuo es dos, con las dos orientaciones positivas fijadas.
El residuo normalizado es 2.
Los términos sin polo en alguna variable no contribuyen.
Los símbolos que hemos usado
- X, n
- Variedad compleja de dimensión n, orientada por su estructura compleja y de dimensión real 2n.
- T de grado r
- Funcional lineal continuo sobre formas suaves de prueba de grado 2n−r y soporte compacto.
- [S]
- Corriente de integración sobre una subvariedad real orientada S, definida por [S](φ)=∫Sφ.
- dT
- Derivada de grado r+1 con convención ⟨dT,φ⟩=(−1)^(r+1)⟨T,dφ⟩.
- Bigrado (p,q)
- Corriente que actúa sobre pruebas de tipo (n−p,n−q); no se confunde con bidimensión.
- dᶜ
- (∂−∂̄)/(2πi), por lo que ddᶜ=(i/π)∂∂̄.
- div f
- Divisor de una función meromorfa no nula: suma de hipersuperficies con órdenes positivos de cero y negativos de polo.
- Resₚ,f
- Residuo de Grothendieck respecto del sistema ordenado f₁,…,f_n con cero común aislado p.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
Practicar este tema →Para ampliar
- Jean-Pierre Demailly, Complex Analytic and Differential Geometry, I.2, III.1–3 y ecuación III.2.15
- Jiří Lebl, Tasty Bits of Several Complex Variables, Cauchy en polidiscos y apéndice de formas
- Eduardo Cattani, Alicia Dickenstein y Bernd Sturmfels, Residues and Resultants, apartado 3
- David A. Cox, Toric Residues, definición introductoria del residuo local