单叶函数

单叶函数()是數學領域中的複分析對函數的一種分類,若一全純函數的定義域為複數平面中的一開集,而函數為单射函數,此函數即為单叶函数。

若f為一全純函數,且滿足下式

:\forall x_1,x_2: x_1 \neq x_2 \Rightarrow f(x_1) \neq f(x_2)

則f為单叶函数。

舉例
任何由開集单位圆盘映射到本身的映射\phi_a(z) =\frac{z-a}{1 - \bar{a}z}(其中|a|\le 1)為单叶函数。

函數f \colon z \mapsto 2z + z^2在開單位圓盤內是单叶函数,因為f(z) = f(w)也就表示f(z) - f(w) = (z-w)(z+w+2) = 0,而第二個因式在開單位圓盤內都不為零,因此z = w,f是單射函數。

基本性質
若G及\Omega為二個複數平面中的開集連通空間,且

:f: G \to \Omega

是一個滿足f(G) = \Omega的單葉函數(有一對一的對應關係),則f導數恆不為0,f可逆,而且其逆元素f^{-1}也是全純函數。依链式法则可得到下式:

:(f^{-1})'(f(z)) = \frac{1}{f'(z)}

對所有G.中的複數z皆成立。

和實函數的比較
實解析函數和全純函數不同,上述的性質在實解析函數中不成立,考慮以下的實數函數:

:f: (-1, 1) \to (-1, 1) \,

ƒ(x) = x3。此函數也是单射函數,但在x = 0處其導數為0,其逆元素在 (−1, 1)區間中也不都是解析函數,也不完全可微。

若將定義域擴展到複數平面內,原點附近的開放子集G內,上述函數就不是单射函數了,例如f(\varepsilon \omega) = f(\varepsilon) (其中\omega 是三次單位根,而\varepsilon是小於G半徑的正實數)。

參考資料

  • John B. Conway. Functions of One Complex Variable I. Springer-Verlag, New York, 1978. ISBN 0-387-90328-3.
  • John B. Conway. Functions of One Complex Variable II. Springer-Verlag, New York, 1996. ISBN 0-387-94460-5.

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