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[理学]复变函数论第三版钟玉泉PPT第7章
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7.1 解析变换的特性
7.1.1 解析变换的保域性
7.1.2 解析变换的保角性
7.1.3 单叶解析变换的共形性
第七章 共形映射
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定理7.1 (保域定理)设w=f(z)在区域D内解析且
不恒为常数,则D的象G=f(D)也是一个区域.
证 首先证明G的每一点都是内点.
设w0∈G,则有一点z0∈D,使w0=f(z0).
要证w0是G的内点,只须证明w*与w0充分接近时,w*亦属于G.
即当w*与w0
充分接近时,方程w*=f(z)在D内有解.
为此,考察 f(z)-w*=(f(z)-w0)+(w0-w*,)
由解析函数零点的孤立性,必有以z0为心的某个圆C:|z-z0|=R,
显然 f(z0)-w0=0,
f(z)-w0在C上及C的内部(除z0外)
C及C的内部全含于D,使得
均不为零.因而在C上:
7.1.1解析变换的保域性
内的点w*及在C上的点z有
对在邻域
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因此根据儒歇定理,在C的内部
与f(z)-w0有相同零点的个数.于是w*=f(z)在D内有解.
由于D是区域,可在D内部取一条联结z1,z2的折线C:z=z(t) [t1≤t≤t2,z(t1)=z1,z(t2)=z2].于是:
就是联结w1,w2的并且完全含于D的一条曲线.
从而,参照柯西积分定理的古莎证明第三步,可以找到
其次,要证明G中任意两点w1=f(z1),w2=f(z2)均可以用一条完全含于G的折线联结起来.(连通性)
一条连接w1,w2,内接于 且完全含于G的折线1
总结以上两点,即知G=f(D)是区域.
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证 因f(z)在区域D内单叶,必f(z)在D内不恒为常数.
定理7.2 设w=f(z)在区域D内单叶解析,则D的象G=f(D)也是一个区域.
注 定理7.1可以推广成这样的形式:“w=f(z)在扩充z平面的区域D内除可能有极点外处处解析(即为亚纯函数),且不恒为常数,则D的象G=f(D)为扩充z平面上的区域.
注 满足定理7.2和7.3的条件的解析变换w=f(z)将z0的一个充分小的邻域内变成w0=f(z0)的一个曲边邻域.
定理7.3 设函数w=f(z)在点z0解析,且f (z0)≠0,则f(z)在z0的一个邻域内单叶解析.
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7.1.2 解析变换的保角性
—导数的几何意义
设w=f(z)于区域D内解析,z0∈D,在点z0有导数
通过z0任意引一条有向光滑曲线
C:z=z(t)(t0≤t≤t1),z0=z(t0).
因此C在z0有切线,
经变换w=f(z)
的参数方程应为
C
w=f(z)
,C的象曲线
由定理7.3及第三章习题(一)13,
在点w0=w(t0)的邻域内是光滑的.
又由于
故 在w0=f(z0)也有切线,
设其倾角为,则
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图7.1
且
(7.1)
(7.2)
如果假定x轴与u轴,y轴与v轴的正方向相同,而且将原曲线切线的正方向与变换后象曲线的切线正方向间的夹角,理解为原曲线经过变换后的旋转角,则:
(7.1)说明:象曲线 在点 的切线正向,可由原曲线C在点 的切线正向旋转一个角度 得出。
仅与 有关,而与经过 的曲线C的选择无关,称为变换 在点 的旋转角。
—导数辐角的几何意义.
(7.2)说明:象点间无穷小距离与原象点间的无穷小距离之比
的极限是 ,它仅与 有关,而与过 的曲线C的
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方向无关,称为变换w=f(z)在点 的伸缩率.这也就是导数模的几何意义.
上面提到的旋转角与C的选择无关的这个性质,称为旋转角不变性;伸缩率与C的方向无关,这个性质,称为伸缩率不变性.
从几何意义上看:如果忽略高阶无穷小,伸缩率不变性就表示w=f(z)将 处无穷小的圆变成 处的无穷小的圆,其半径之比为 .
上面的讨论说明:解析函数在导数不为零的地方具有旋转角不变性与伸缩率不变性.
上式可视为
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经点z0的两条有向曲线C1,C2的切线方向所构成的角称为两曲线在该点的夹角.
O
x
(z)
z0
定义7.1 若函数w=f(z)在点 的邻域内有定义,且在点 具有:
(1)伸缩率不变性;
(2)过 的任意两曲线的夹角在变换w=f(z)下,既保持大小,又
z0
z0
z0
保持方向;则称函数w=f(z)在点 是保角的,或称w=f(z)在点
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