輻角原理、魯歇定理與映射性質
映射的拓撲度(the topological degree of a map)
把一條橡皮筋繞在一根固定的木樁上,變形後放手;只要你從不讓它越過木樁,它纏繞木樁的圈數(連方向一起算)就不會改變。那個纏繞數就是一個拓撲度——一個「繞了幾圈」的整數,在連續形變下穩定不變。在複分析裡它恰恰是像曲線的卷繞數,並賦予輻角原理的計數一個拓撲的靈魂。
對解析映射 f 與一條避開 f 零點的閉圍道 gamma,映射 z 映到 f(z) 在值 0 處量度的拓撲度,就是像曲線 f(gamma) 繞原點的卷繞數:逆時針淨轉圈數。由輻角原理,這個整數等於 gamma 內 f 的(零點)減(極點)。關鍵事實是不變性:若你形變 gamma、或連續地形變 f,而從不讓像曲線穿過 0,這個度就不能跳變——它是離散整數,而連續形變無法把整數改變一個分數量,故它保持固定。這正是計數穩健的原因:f 的微小擾動不影響圈住的零點數,直到某個零點越過邊界為止。
這個觀點統合了許多東西。魯歇定理恰恰是說:夠小的擾動不改變度(像曲線停留在 0 的同一側)。代數基本定理化為一個度的論證:n 次多項式把一個大圓映成繞 0 共 n 圈的曲線,故內部必有 n 個根。同樣的度的概念遠遠超出複分析——延伸到拓撲裡球面與流形之間的連續映射——但在此它有一個作為圍道積分的乾淨解析公式。誠實的一點:度是按符號與重數計的,故若你忘了極點按負計,它可能藏起抵消。
映射 f(z) = z^2 把單位圓送成繞 0 走兩遍的曲線,故它在 0 處的度為 2。把圓稍微形變、或把 f 微微擾動:只要像永不碰到 0,度就保持為 2——恰與原點的二重零點相符。
度是像繞某值的卷繞數;在避開該值的形變下它不變。
度是一個帶符號、形變不變的整數,而非相異原像的計數:對於翻轉定向或極點行為它可能為負,而抵消會使度小於原始解的個數。
又稱
另見