邊界對應定理

邊界對應定理

邊界對應定理(theorem of boundary correspondence)是複變函數幾何理論的基本定理之一。設z平面上單連通區域D的邊界是一條閉簡單連續曲線C,設單葉函式w=f(z)把D映射成單位圓|w|<1。那么這函式的定義可以唯一地推廣到C上,使所得函式把閉區域D∪C連續雙射成|w|≤1。

基本介紹

  • 中文名:邊界對應定理
  • 外文名:theorem of boundary correspondence
  • 屬性:複變函數幾何理論的基本定理之一
  • 所屬學科:數學
  • 所屬問題:複變函數論(幾何函式論)
  • 相關概念:共形映射,有界單連通區域等
基本介紹,邊界對應定理的逆定理,

基本介紹

黎曼定理指出某些區域可用單葉函式共形映射成圓盤,但無法說明已給區域與圓盤的邊界之間是否有對應關係。對於以約當曲線為邊界的區域,有一個比較簡單的結果。
定理1(邊界對應定理)
(1) 有界單連通區域D與G的邊界分別為圍線
(2)
將D共形映射成G;
可以擴張成
,使在D內F
,在
連續,並將c雙方單值且雙方連續地變成

邊界對應定理的逆定理

定理2(邊界對應定理的逆定理,判斷解析函式單葉性的充分條件)
設單連通區域D及G,分別是兩條圍線
的內部,且設函式
滿足下列條件
(i)
在區域D內解析,在
上連續;
(ii)
將c雙方單值地變成C,
則:(1)
在內單葉;(2)
(從而
將D共形映射成G)。
證明
為G內任一點,我們證明
,而且方程
在c內部只有一個根,根據輻角原理
(在z沿c的正向繞行一周的假定下)。由假設條件(ii),這時
應該沿
的正向或負向繞行一周。因此,起點在
終點在
上的向量
應該轉角
,於是
負號顯然應該除去(因為N≥0),因此我們肯定
必須沿
的正向(
的內部在此方向的左邊)繞行,並且方程
在區域D內只有一個根。
其次,設
位於
的外部,則必
,因為
即方程
在D內無根。
再設
上的任一點,我們證明方程
在D內無根。假定D內有一點
,使
,則可得一個以
為中心的圓周
,使對
內部任意一點
,方程
在D內有根(因
區域,
為其內點)。特別在
內部取一點
位於
的外部,由第二段的證明,方程
在D內無根,發生矛盾。
綜合上述討論可知函式
在D內單葉,並將D共形映射為
的內部G。
【例1】如果將函式
表成極坐標的形式,令
則它把z平面上的圓周(見圖1)
變成心臟線
並且是雙方單值的。
由定理2(單葉性原理),
將這個圓周的內部共形映射成心臟線的內部。
圖1(a)圖1(a)
圖1(b)圖1(b)

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