單值化定理

單值化定理

單值化定理(uniformization theorem)是黎曼曲面理論中最基本最重要的定理。單值化定理表明,大多數的情形下,黎曼曲面共形等價於單位圓D對某個富克斯群G的商空間D/G,因此R上的解析函式論等價於定義在D上的對某個富克斯群G自守的函式論,反之,整個黎曼曲面理論也能以這個特殊的表示為基礎進行討論,一個經典的問題是:給定一個D上的富克斯群G,是否存在非常數亞純函式對於G是自守的,即黎曼曲面上是否存在非常數的亞純函式。龐加萊((J.-)H.Poincaré)具體構造Θ級數,後稱為龐加萊級數,以此證明對給定的G是自守的函式的存在,閉黎曼曲面的一個重要定理是黎曼-羅赫定理,它給出閉黎曼曲面上亞純函式構成的線性空間的維數,兩黎曼曲面,如果存在映一個為另一個的共形映射,則稱它們是共形等價的。關於閉黎曼曲面的模的黎曼問題稱:虧格為g(>2)的閉黎曼曲面的共形等價類集合Rg構成3g-3維複流形,這方面基礎性的工作是由弗里克(R.Fricke)和泰希米勒(O.Teichmǚller)所做。

基本介紹

  • 中文名:單值化定理
  • 外文名:uniformization theorem
  • 所屬學科:數學
  • 所屬問題:複變函數論(黎曼曲面)
  • 相關概念:黎曼曲面,覆蓋空間等
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基本介紹

單值化定理敘述如下:
任一黎曼曲面必共形等價於下述典型曲面之一:
1.擴充複平面
;
2.複平面C;
3.穿洞的複平面
;
4.環面,即
,Z表示整數集;
5.單位圓對某個富克斯群G的商空間D/G。

相關介紹

覆蓋空間

設X和Y是Riemann曲面,一個映射
稱為覆蓋映射,若對每點
,有開鄰域
使得
其中
是Y的互不相交的開子集,且
在
上的限制
是同胚的。顯然覆蓋映射是局部同胚的,Y稱為X的一個覆蓋空間,如果存在覆蓋映射
,使得
。
每個覆蓋映射
都具有曲線提升性質:即對每條曲線
及每個點
使得
,或者說對每個
,存在一條曲線
使得
且
,見交換圖(圖1)。
就稱為以
為起點的
在Y上的提升。
圖1圖1
設Y是X的覆蓋空間
是覆蓋映射,若Y是單連通的,則稱Y為X的萬有覆蓋空間,由如下結論,我們可以進一步認識萬有覆蓋空間,Y為X的萬有覆蓋空間若且唯若相應的覆蓋映射具有萬有性質:對每個覆蓋映射
,其中Z為Riemann曲面以及對每對
使得
,存在惟一連續映射
使得
且有交換圖如2,即,
。使交換圖成立的h又稱為保網的,這是很形象的。
設
是萬有覆蓋映射,則對每對
使得
,由萬有性質,即對交換圖2中
的情形,存在惟一的保網同胚
使得
,此時h稱之為覆蓋變換,所有這樣由
確定的保網同胚映射,即覆蓋變換之集在複合運算定義的乘法下構成一個群,稱之為覆蓋變換群,記為
,它同構於X的基本群
。
圖2圖2
設
,對任一點
,令
稱為(y所在的)軌道。我們把
視為一點,這樣的點構成的集記為
,並可以賦上開集系統和復結構使其成為一個Riemann曲面,開集系統和復結構都是由投影映射
導出來的,要求使得是Y到
的萬有覆蓋映射,且是解析的,進而X與
是共形等價的,即X與
間存在雙方解析同胚。在共形等價意RT,可寫
。故X是它的萬有覆蓋空間在覆蓋變換群下的粘合空間——商空間。
設
為萬有覆蓋空間。若X是單連通的,那么
是平凡的。由於
與
同構,所以它也是平凡的,即它只包含一個恆等覆蓋變換。這樣
是單葉的,從而是Y到X的同胚。進一步,
是雙方解析的,即Y與X是共形等價的。這說明了同一個Riemann曲面的兩個萬有覆蓋空間是共形等價的,因為它們互為萬有覆蓋空間。
對任一Riemann曲面X,我們以X上曲線的同倫等價類作為特徵將X的點區分為各個層葉,這樣做可使得曲面X上的每個“洞”被“捏”起來,從而建立X上的一個單連通的覆蓋Riemann曲面
——萬有覆蓋空間。為此,取一點a∈X,對任意
,讓
表示分別以a和x為起點和終點的X上的曲線的同倫等價類之集,定義
以及映射
使得
。然後,在
上建立開集系統和復結構,使
成為一個單連通的Riemann曲面,並且使得
是萬有覆蓋映射,所以任一Riemann曲面都有萬有覆蓋空間。

單值化定理

單連通的Riemann曲面共形等價於Riemann球面
或複平面
或單位圓盤△。因此任一Riemann曲面X以球面
或複平面
或單位圓盤△為其萬有覆蓋空間。這樣,Riemann曲面X被分為橢球面或拋物面或雙曲面,根據它的萬有覆蓋空間為球面
或複平面
或單位圓盤△來確定,進一步研究得到穿孔平面
和環面T是拋物的,即它們的萬有覆蓋空間為複平面
就是萬有覆蓋映射,因
是單連通的,並且
exp把
上的平行於虛軸寬為
的帶形格子的兩邊粘合起來,得到兩頭無限延伸出去的管子。這個管子共形等價於
;因環面可寫為
,其中
是格子,那么投影映射
,就是萬有覆蓋映射,並且
所有不與
共形等價的Riemann曲面一定是雙曲的,對任意雙曲Riemann曲面
中的每個覆蓋變換是△到△的共形映照,從而是線性變換,即
是△上
變換群的子群,可以寫
。

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