保形映射,解析函数的保域性

复变函数的图形只能通过两个平面来表示,因为函数的定义域与值域都是复平面,不可能用三维图形来表示,那么这两张图之间就可以看成是一种映射。

解析函数的一个重要的性质是它们的保形性。顾名思义,保形就是保持形状不变。解析函数确定的映射保持角度不变,且方向不变。一个三角形,只要它足够小,那么它在解析映射之下的像与它本身之间几乎就是相似的(略去高阶无穷小后就是相似的。)

1,保形映射:如果一个映射(1)保角(夹角不变);(2)伸缩率不变,就称这们的映射为保形映射。

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2,定理(解析函数的保域性,开映射原理):设 w=f(z) 在区域 D 上解析且恒不等于常数,则 D 的像 G=f(D) 也是一个区域。

证明:我们需要证明G 是连通的开集,所以这个证明分成两步:

(1) 我们证明 G 是连通的。设 w0,w1G 中任意两点, f(z0)=w0,f(z1)=w1,z0,z1D.

γ(t) 是连接 z0,z1 的位于 D 中的曲线,γ(0)=z0,γ(1)=z1,则 f(γ(t)) 是位于 G 中且 f(γ(0))=f(z0)=w0,f(γ(1))=f(z1)=w1,所以 f(γ(t))G 中连接 w0w1 的曲线,所以 G 是连通的。

(2)我们证明 G 是开集。我们只需要证明 G 中任意一点,其附近的点也属于 G

w0GG 中任意一点,f(z0)=w0,只需要证明当 w1 充分接近 w0 时,f(z)=wD 内有解。 因为

f(z)w=f(z)w0+w0w1

我们知道 f(z0)=w0,也就是说 f(z)w0Nδ(z0) 内有解,这个 Nδ(z0) 就是以 z0 为心,δ 为半径的圆,称为 z0delta 邻域。

由零点的孤立性,当 zz0 时,|f(z)w0|>ρ>0,所以在 |ww0|<ρ 内, |f(z)w0|>|ww0|

由儒歇定理,f(z)w0f(z)w0+w0w 的零点数相同,所以

f(z)w=f(z)w0+w0w

f(z)w0 有相同的零点数,也就是说 f(z)=wD 内有解。所以 |ww0|<ρ 的点都属于 G。所以 G 是开集。

综上所述,G 是连通的开集,所以 G 是一个区域。