6.4 幂函数根式与角域|数学物理方法

数学物理方法 · 6.4 幂函数根式与角域
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第六章 / 6.4

幂函数根式与角域

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16 幂映射:先记模角,再限制一一性

对,

中的辐角应沿选定区间连续取值。角域若宽度不超过,且不含顶点0,幂映射在其中一一,导数也不为零。角宽变为,圆弧半径变为。

当时,像是沿一条射线割开的平面。两条边界射线的像虽然落在同一条射线上,仍代表切口的两岸;不能把两岸粘回去,声称像是整个去心平面。

最常用的套路是

其中,再取。非整数幂应通过该角域上的连续对数定义。

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17 根式的分支必须和切口一起交代

在负实轴割开的平面,取,则

映到。在正实轴割开的平面,若改取,同样的形式映到。

特别地,后一个平方根分支把正轴割平面映成上半平面;主平方根把负轴割平面映成右半平面。“开平方以后就是上半平面”缺少分支条件。

分支的另外种选择会让目标角域整体旋转。只给一个点的根值,常可把选择唯一固定下来;若该点在切口上,就必须说明取哪一岸的边界极限。

图 6-7 角宽决定幂指数,切口决定根式分支
第一象限上半平面ReIm0角宽π/2ReIm00<arg w<πz²角宽乘2,半径平方;0在开域外,内部导数非零。

第一象限宽π/2,平方在该域内一一并完整覆盖上半平面。

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18 上半单位圆到上半平面:原书例1

原域,边界由直径和上半圆弧构成,两端点为。先用

把,使两条原边界都变成直线。直径内部的映成,上圆弧上的映成。测试内部点,得到,所以中间域是第三象限。

第三象限的辐角可选。平方以后为,等价于上半平面,于是

为什么一定一一?第一步是分式线性,第二步在角宽的第三象限中一一;复合仍一一。0和极点都在边界,不妨碍内部保形。

这是本章最值得独立重做的例题。以后遇到“两段圆弧围起来的区域”,首先想把交点送到0、。

图 6-8 上半单位圆 → 第三象限 → 上半平面
① 上半单位圆ReIm0-11i② 第三象限ReIm0t=(z+1)/(z-1)③ 上半平面ReIm0w=t²两端点送0和∞,将两条弧拉直;内部点定侧,再把90°开成180°。

中间域为第三象限;分式线性与平方分别在各自源域中一一。

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19 两单位圆相交的透镜域:原书例2

取,交点为

先令。两条边界圆都通过,所以变成通过0的直线;原域在交点的内角为,像域是同样角宽的扇域。

定位不能靠猜:边界点映成,映成;内部点映成。因此选择连续辐角

旋转后,得到;最后取

像就是上半平面。这条三步路线比直接记更安全。教材先立方得到正轴割平面,再取上半平面的平方根,两步合起来就是上述次幂;直接省略中间分支,很容易把目标旋转错。

图 6-9 透镜域先拉成120°扇域,再旋转、取3/2次幂
ReIm0ab两单位圆的交集ReIm0120°t=(z-b)/(z-a)120°240°内部 t=-1 → 连续辐角取120°到240°旋转 -120° → 标准120°扇域 → 取3/2次幂 → 上半平面。

中间域跨负实轴,必须选连续辐角120°—240°,不能机械使用主值。

来源、编排与掌握要求

依据用户提供的严镇军《数学物理方法》扫描本第六章整理;正文印刷页142—166上部,章末习题166—168。扫描PDF文件页序等于印刷页码加6。按原书节序覆盖各主题,以重新讲解、推导主线和例题说明组织,未逐字复制原文。自编检查题与原书习题分开编号,原书题号可在本章习题路线中查找;本文件不声称是全部原书习题的逐题答案册。

第一轮优先掌握能独立做题所需的概念、步骤和适用条件;背景、证明及拓展均说明用途和暂缓深究的边界。第六章含20道自编检查题及完整解析。公式与SVG内嵌,可离线阅读;屏幕答案默认折叠,打印时自动展开。整理日期:2026年10月22日。