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关于Riemann保角映射定理的证明

张奠宙

Riemann关于保角映射的定理是:任何单连通区域含有多于一个界点时,可由一个单值函数将其变换到单位圆的内部。

本文是用下列预备定理将Tchmarch,E.C.函数论中关于Riemann定理的证明加以修改。

以下称单位圆即指单位圆的内部。

预备定理 设G是任意一个包含原点且含于单位圆内的单连通区域,如果它不与单位圆重合,则存在一个在G内的单叶解析函数F(z)使

现在证明 Riemann定理:

按照普通的证明,可以假定区域G含有原点且含于单位圆K 0 之内。由于原点O是区域G的点,故必有以O为圆心,以R为半径的 闭圆 K(O,R),而K(O,R)⊂G。

今考虑函数族E,其中每一函数f(z)是单叶解析的,而且满足:

f(0)=0,f(G)⊂K 0

以m(f)表示函数f(z)在K(O,R)上的最大模(必在此圆的圆周上取得)。

,因f(G)⊂K0,

故 ρ<1。

可以证明ρ>0,实际上,f(z)=z是E内的函数:

f(0)=0,f(G)⊂K 0

且因为G是区域,用函数f(z)变换后,在K(O,R)上的最大模是R≠0。故ρ≥R>0。

得到 0<ρ<1。

今在E中选取函数列{f n (z)},使

因为E是一致有界的解析函数族,即是致密(Compact)族。故据Montel定理,必存在f n k (z),殆一致收敛于某一函数。设此函数为ϕ(z)。显然ϕ(z)在G内为解析,

ϕ(0)=0,ϕ(G)⊂K 0

次证ϕ(z)的单叶性。因m(ϕ)>ρ-ε,但已有ϕ(0)=0,故知ϕ(z)不是常数。因单叶解析函数列的极限函数若非常数必为单叶解析函数,可知ϕ(z)是单叶的。

这样可以断定:ϕ(z)∈E。

从而 m(ϕ)≤ρ。

更由 m(ϕ)>ρ-ε,

此处ε>0为任意小的数,

故 m(ϕ)=ρ。

现在我们断言ω=ϕ(z)即是将区域G映射到单位圆内部的函数,即ϕ(G)=K 0

假设相反,即设

ϕ(G)≠K 0

则由预备定理,在区域ϕ(G)上存在一个单叶的解析函数F(ω),

F(0)=0,|F(ω)|<1,ω∈ϕ(G);

|F(ω)|>|ω|,ω∈ϕ(G),ω≠0。

再考虑复合函数F(ϕ(z))=Ψ(z),定义在区域G上,因单叶解析函数的复合函数仍是单叶解析函数,故Ψ(z)是单叶解析函数,而

Ψ(0)=F(ϕ(0))=F(0)=0,

Ψ(G)=F(ϕ(G))⊂K 0 (因|F(ω)|<1),

Ψ(z)∈E。

因此

但当z∈G时,

|Ψ(z)|=|F(ϕ(z))|=|F(ω)|>|ω|=|ϕ(z)|。

特别地,当z在闭圆K(O,R)上亦有此关系。

故 m(Ψ)>m(ϕ)=ρ,

此与ρ之定义相矛盾,故ϕ(G)=K 0 必须成立。

定理已证明。 5uA1To8qKHCCUCbjtD1FpOPwSLJxBbWQG1c/EFvlhhA0GYWGpGbhF/0F/l5DAl52

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