黎曼映射定理与边界对应原理

1,保形映射的一个基本问题是,能否有一个函数 \(f\),将区域 \(D\) 变成区域 \(G\),甚至,更特别的是,能否将一个区域变成单位圆?这就是黎曼映射定理。

2,定理(黎曼映射定理):若 \(D\subseteq C\) 为单连通区域,其边界多于一点(不是全平面)。\(z_0\) 为 \(D\) 中任意一点,则在 \(D\) 上存在唯一一个单叶解析函数 \(f(z)\),将 \(D\) 映射到单位圆 \(|w|<1\) 上,且有 \(f(z_0)=0, f'(z_0)>0\)。

我们略去这个定理的证明。它的证明需要用到“正规簇”的概念。想要了解的同学可以参考:龚昇,简明复分析。

这个定理的意义在于:(1)拓扑等价与全纯等价是一致的;(2)它是近代复变函数几何理论的起点;(3)可以将复杂区域上的问题变成简单区域上的问题(单位圆上)。

但这个定理没有给出如何求 \(f(z)\),只是给出了存在性。也没有给出边界的对应关系。

在简单的情形,有如下的边界对应原理。

2,边界对应原理:若 \(D\) 是由简单闭曲线 \(\Gamma\) 所围成的区域。若 \(w=f(z)\) 为 \(D\) 上的单叶解析函数,将 \(D\) 映射到单位圆 \(|w|<1\),则 \(f(z)\) 可扩充到 \(\Gamma\) 上,使得 \(f(z)\) 在 \(\bar{D}=D+\Gamma\) 上连续,且在 \(\Gamma\) 上的点与单位圆周 \(|w|=1\) 的点之间有一一对应关系。

应用上比较方便的边界对应原理可以叙述成这样:

3,边界对应原理:若 \(D\) 由一条简单闭曲线 \(\Gamma\) 围成,函数 \(f(z)\) 在 \(\bar{D}=D+\Gamma\) 上解析,且把 \(\Gamma\) 一一映射成单位圆周,则

(1) \(f(z)\) 把 \(D\) 映成单位圆 \(|w|<1\);

(2)\(\Gamma\) 的正向对应 \(|w|=1\) 的正向。