畸變定理(distortion theorem)
共形映射以局部因子 |f'(z)| 放大每一點的鄰域——z 附近的小圓盤變成被放大那麼多的小圓盤。所以對正規化單葉映射的一個自然問題是:這個放大在整個圓盤上能有多不均勻?一個地方能否被拉伸得比另一個地方多一千倍?畸變定理封頂了這種差距:在每個半徑上,放大率 |f'(z)| 被夾在一個顯式的下限與上限之間。
精確地說,對 S 類中的 f 與 |z| = r < 1,畸變定理陳述 (1 - r)/(1 + r)^3 <= |f'(z)| <= (1 + r)/(1 - r)^3。「畸變」之名正指這個局部放大因子 |f'|,即 f 在 z 附近扭曲長度的量。證明是一段乾淨的機械:把第二係數界 |a_2| <= 2 不是用到 f 本身,而是用到莫比烏斯移植的映射 g(w) = f((z + w)/(1 + z-bar w)) 重新正規化進 S 後,讀出對 f''(z)/f'(z) 的界,再積分。兩個界都尖銳,等號同樣由科貝函數的旋轉給出。
沿半徑對畸變界積分便得增長定理,所以在這一對中畸變更為根本。實務上,畸變定理保證一個正規化共形映射不會出現任意細或任意胖的區域——這對數值共形映射的穩定性與位勢理論中的估計至關重要。一個須保持誠實的警告:與增長定理一樣,這些常數綁定於 S 正規化 f(0) = 0、f'(0) = 1;它們界定 |f'|,即導數的大小,而非其輻角(局部映射的旋轉部分不受約束)。
在 r = 1/2 處,畸變定理把 |f'(z)| 限制到 (1/2)/(3/2)^3 = 4/27 <= |f'(z)| <= (3/2)/(1/2)^3 = 12。所以在中心區半徑 1/2 附近,S 類映射的放大至少 4/27、至多 12——比值封頂在 81。科貝在實軸上實現兩個極端。
在半徑 r 處,局部放大率 |f'(z)| 介於 (1-r)/(1+r)^3 與 (1+r)/(1-r)^3 之間。
畸變定理界定 |f'|(放大率),而非 |f|(位置);對它們積分便得增長定理。它們需要 S 正規化,且對 f' 的方向(輻角)不置一詞。