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【知识总结】 共形映射

解析变换的特性

解析变换的保域性

  • 保域定理
    • 在区域内解析且不恒为常数,则的象也是一个区域
  • 定理
    • 在区域内单叶解析,则的象也是一个区域
    • 设函数在点解析,且,则的一个邻域内单叶解析

解析变换的保角性

  • 复平面内曲线的切线
    • 设复平面的连续曲线,正向是增大时的移动方向
    • 是曲线在处切线的正向与轴正向的夹角
      • 注意自变量是实参数,因变量是复数,对应导数也是复数
      • 表示对应复数的辐角
    • 若两个曲线相交于,则在交点处两曲线正向之间的夹角就是俩切线的夹角
  • 解析函数导数的意义
    • 在区域内解析,,且
    • 内过引一条光滑曲线,则在平面上也有一个曲线
      • 因为,故(考虑到指数相乘对应上的角度相加)
    • 原曲线的切线通过复变换后出现了转动,转动角就是
      • 转动角也叫旋转角
    • 总结:对于解析函数的导数(是个复数)
      • 辐角旋转角
      • 模长伸缩率
      • 解析函数在导数不为零的地方,旋转角不变,伸缩率不变(无论如何选取)
  • 保角变换
    • 定义
      • 的任意俩曲线的夹角,经过变换,保持大小方向不变,则称是保角变换(保角的),如果在区域的点都是保角变换,则称在区域内是保角变换(保角的)
    • 定理
      • 如果在区域内解析,则在区域内不为零的点都是保角的
      • 如果在区域内单叶解析,则在区域内都是保角的
    • 保角的理解
      • 俩曲线经过变换的旋转角就是解析函数导数的辐角,因此经过变换的夹角也不变

单叶解析变换的共形性

  • 定义
    • 如果在区域内单叶且保角,则称其在内共形(保形)
  • 定理
    • 在区域内单叶解析,则
      • 共形映射成区域
      • 反函数在区域内单叶解析,且

分式线性变换

分式线性变换及其分解

  • 定义:为分式线性变换
    • 的逆变换为
    • 在扩充平面上保域
  • 的分解
    • ,则
    • ,则
  • 结论:分式线性变换可以分解为整线性变换和反演变换的复合
    • 整线性变换是旋转、伸缩、平移的复合
      • 旋转变换
      • 伸缩变换
      • 平移变换
    • 反演变换是关于单位圆周的对称变换和关于实轴的对称变换的复合
      • 关于单位圆周的对称变换
      • 关于实轴的对称变换

分式线性变换的映射性质

  • 保角性
    • 在扩充复平面上一一对应,且保角
  • 保圆性
    • 把扩充平面上的圆周映射成扩充平面上的圆周
  • 保对称点性
    • 关于圆对称的定义
      • 关于圆周对称表示在圆心出发的射线上,且,且规定圆心和点是关于圆周对称的
    • 扩充平面的两点关于圆周对称通过的任意圆周和正交
      • 两圆正交指的是两圆交点的两切线正交
    • 扩充平面的两点关于圆周对称,则经过分式线性变换两点关于圆周对称
  • 保交比性
    • 交比定义
      • 扩充平面上顺序的四个相异点构成量
      • 当有一点为时,则把包含此点的项用表示,比如
    • 分式线性变换下四点的交比不变
      • 因此,如果已知分式线性变换前后的三对对应点,则可以确定这个线性变换为

初等函数构成的共形映射

幂函数与根式函数

  • 把角形区域共形映射成角形区域
    • 特别的,将角形区域共形映射成平面上除了原点和正实轴的区域
  • 把角形区域共形映射成角形区域
    • 可以看出幂函数扩大角形域,而根式函数缩小角形域

指数函数与对数函数

  • 把带形区域共形映射为角形区域
    • 特别的,将带形区域共形映射成平面上除了原点和正实轴的区域
  • 把角形区域共形映射成带形区域

由圆弧构成的两角形区域的共性映射

  • 两个圆重合部分称为两角形区域,通过分式线性变换(有保圆性)和幂函数指数函数的复合,能把给定两角形区域共形映射为同样形状的区域
    • 若给定圆周上有一点是无穷远点,则此圆周就是直线
    • 若两圆弧的一个公共点是无穷远点,则此两角形区域共形映射成角形区域

黎曼存在和边界对应定理

  • 黎曼存在与唯一性定理
    • 扩充平面上的单叶连通区域,其边界点不止一点,则能找到内的单叶解析函数,将保形变换为单位圆
    • 当满足条件唯一
      • 说明通过变换成为单位圆的圆心,也就是原点
      • 说明复数的辐角为(否则复数无法和实数比较大小),此时就是模长,大于零。
  • 边界对应定理
    • 单连通域的边界为保形变换为
    • 可以扩张为,使得,在连续,并将双方单值且双方连续的变成
      • 双方单值的理解:指的是双向的映射变换都是单值的,也就是边界上的点一一对应的
      • 连续变成的理解:上无限接近的两个点到上也无限接近
  • 边界对应定理逆定理
    • 单连通域的边界为在区域内解析,在上连续,并把双方单值变成
    • 内单叶,且保形变换为