



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)。
令
,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。