WYKŁAD

Analiza zespolona

WYKŁAD 4 (22.10.2013r.)

Dowód: (twierdzenia 15)

:

3 + 4

3

= 5 − 3,

∈ ℝ 5

3 5 + 20 3

=

3

5 ∙ 5 + 3 = 5

5 − 3 + 3 + 20

29

29

3

3

3

3

5

5 − 3

= 5 1 + 5 − 3" = 5 + 5 − 3

Jeśli = 0, to ℎ jest liniowe. Załóżmy, że ≠ 0.

+ )

+ )

+ + ) −

) −

1

) −

1

%& '( : + = ∙ + = ∙

+

= *1 +

∙ + + = + , ∙

+

Wtedy

+ )

) −

1

+ = +

,

∙

+

Zatem ℎ = ℎ- ∘ ℎ, ∘ ℎ/, gdzie

ℎ/0 1 = + 23 (liniowe)

ℎ,0 1 = -4 (inwersja)

ℎ-0 1 = 5 + 63752 ∙

3

38

(liniowe)

Twierdzenie 16:

Każda homografia jest homeomorfizmem ℂ: na ℂ:.

Dowód:

W myśl poprzedniego twierdzenia wystarczy wykazać, e przekształcenia liniowe i inwersja są homeomorfizmami ℂ: na ℂ:.

Dowód dla przekształceń liniowych – praca domowa Niech ℎ0 1 = -4. Niech ; ∈ ℂ\{0}. Wtedy funkcja ℂ\{0} ∋ ⟼ ℎ0 1 = -4 jest ciągła w ; w matryce euklidesowej. Ponieważ metryka sferyczna i euklidesowa są równoważne w ℂ, więc funkcja ℎ jest ciągła w ; w metryce sferycznej. Zatem ℎ jest ciągła w ℂ\{0} w metryce sferycznej.

Zauważmy, że dla ∈ ℂ\{0} mamy:

Angelika Mirowska

1

D1D

0

1

1

, ∞1 =

=

| |

=

= * , 0+ = Fℎ0 1, ℎ0∞1G

B| |, + 1 B1 + | |,

| |

E1 + | |,

| |,

|

0

− H|

, H1 =

B1 + | |,B1 + |H|,

Stąd lim4→M ℎ0 1 = ℎ0∞1 w metryce sferycznej.

Podobnie dla ∈ ℂ\{0} mamy:

0

1

1

1

1

1

, 01 =

=

=

=

= * , ∞+ = Fℎ0 1, ℎ001G

B1 + | |, B1 + | |,

,

| |

E1 + | |,

| |,

E1 + D1D

Zatem lim4→; ℎ0 1 = ℎ001 w metryce sferycznej.

Zatem mamy: ℎ jest ciągła w ℂ:.

Wykażemy, że ℎ = ℎ7-, co zakończy dowód.

Q

= 0: ℎFℎ001G = ℎ0∞1 = 0

O

= ∞: ℎFℎ0∞1G = ℎ001 = ∞

ℎFℎ0 1G =

P

1

1

O ∈ ℂ\{0}: ℎ0ℎ0 1 = ℎ * + = 1 =

N

Czyli ℎ jest odwrotne do samego siebie.

Twierdzenie 17:

Zbiór wszystkich homografii wraz z operacją składania i z wyróżnioną homografią 0 1 =

stanowi grupę.

Dowód:

1) Jeśli ℎ jest homografią, to oczywiście ℎF 0 1G = Fℎ0 1G = ℎ0 1, czyli ℎ ∘ = ∘ ℎ = ℎ

2) Jeśli ℎ-0 1 = 5R4S6R , ℎ

3

,0 1 = 584S68 są homografiami, to ℎ- ∘ ℎ,0 1 = 54S6

R4S2R

384S28

34S2, gdzie

T

)U = V - )-W ∙ V , ),W

-

-

,

,

Stąd

X T

)U ≠ 0

3) Jeśli ℎ0 1 = 54S6

34S2 jest homografią, to ℎ7-0 1 = 724S6

3475 . D−

)

− D =

− ) ≠ 0

Twierdzenie 18:

Niech Y, Z ∈ ℝ, [ ∈ ℂ, |[|, − YZ > 0. Równanie Y ̅ + [ + [: ̅ + Z = 0 jest ogólnym równaniem prostej, gdy Y = 0 i ogólnym równaniem okręgu gdy Y ≠ 0.

Definicja:

Okręgiem uogólnionym nazywamy okrąg lub prostą z dołączonym punktem ∞.

Twierdzenie 19:

Każda homografia przeprowadza okrąg uogólniony na okrąg uogólniony Angelika Mirowska

Dowód:

W myśl poprzednich twierdzeń wystarczy wykazać, że przekształcenia liniowe i inwersja przekształcają okręgi uogólnione na okręgi uogólnione.

Dla przekształceń liniowych – praca domowa Niech ℎ0 1 = -4. Rozważmy okrąg uogólniony ^: Y ̅ + [ + [: ̅ + Z = 0. Weźmy ∈ ^\{0, ∞}.

Dzielimy powyższe równanie stronami przez ∙ ̅. Dostajemy: 1

1 1

Y + [ * ̅+ + [:1 + Z = 0

Y + [ℎ

: (

::: )

:: + [:ℎ( ) + Zℎ( )ℎ:(

::: )

:: = 0

Rozważmy okrąg uogólniony

^_: Y + [H

` + [:H + ZHH

` + Z = 0

Zatem mamyℎ(^\{0, ∞}) ⊂ ^′.

Jeśli 0 ∈ ^, to Z = 0, więc ℎ(0) = ∞ ∈ ^′.

Jeśli ∞ ∈ ^, to Y = 0, więc ℎ(∞) = 0 ∈ ^′.

Stąd ℎ(^) ⊂ ^′.

Ponadto, korzystając z wyżej udowodnionej części ℎ(^_) ⊂ ^ ⟹ ^_ ⊂ ℎ(^)? ⟹ ^_ = ℎ(^).

Angelika Mirowska