复分析可视化方法:笔记:解析拓展

先看一个解析拓展的例子。

f(z)=1/(1-z)

将其在z=0作级数展开,得到f(z)=1+z+z2+...,收敛域|z|<1。

将其在z=-1作级数展开,得到f(z)=1/2[1+(z+1)/2+(z+1)2/2+...],收敛域|z+1|<2。

这样,z=-1处的展开式将z=0处的展开式从|z|<1“拓展”到了|z+1|<2。

为了得到一个函数对某区域的解析拓展,一个办法是将该函数对区域的一段边界作映射,方法如下:

1. 将(定义域)区域外的点对边界作反射,反射后的点在区域里了(角度反向);

2. 反射后的点现在可代入原函数;

3. 将上述step 2的函数值对值域边界作反射(角度再次反向,于是成为共形映射)。

我们从对实轴反射开始,一步步过渡到对任意边界。

第一步:

上式中,等式左边是新构造出的解析函数,其定义域P*是原解析函数定义域P对实轴的反射。我们首先对P*中的数z取共轭得到z*,z*必在P中。于是f(z*)必在Q中。因此对f(z*)再取共轭得到的f*(z)必在Q*中。

当然,上述文字中的P与P*即使有交集,我们也不能就说f*(z)是f(z)的解析拓展;因为在P和P*相交的区域内,f(z)和f*(z)未必相等。但是在特定情况下,f*(z)确实可以成为f(z)的解析拓展。让我们继续。

第二步:

上述情况中的实轴可以推广为一般直线——

第三步:

如果f不是将直线映射为直线,而是将圆周映射为实轴会怎样?

第四步:

上式中,待映射的函数f+(z)定义在圆周外;于是1/z在圆周内。假定f(1/z)将1/z映射到上半平面,那么f(1/z)的共轭[f(1/z)]*就在下半平面。这样,z和1/z关于圆周对称,而f(z)和f+(z)关于实轴对称。

第五步:

“z越过K的反射”是指z关于K的对称点。

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