複變函數:極限、連續與映射觀點
區域或曲線的像(the image of a region or curve)
當函數搬動平面時,你通常不在意單獨一點——你在意的是整個形狀最後落在哪裡。集合 S 在 f 下的像,記作 f(S),就是當 z 跑遍 S 時所有輸出 f(z) 所成的集合。若 S 是一條曲線,它的像就是被描出的新曲線;若 S 是一塊區域(填實的面積),它的像就是它被送到的新區域。
求像是映射觀點的家常便飯,有兩個可靠的訣竅。最乾淨的是把形狀參數化,再讓參數穿過 f。要求單位圓在 f(z) = z^2 下的像,寫 z = e^(i theta),theta 從 0 到 2 pi;則 w = z^2 = e^(2 i theta)。當 theta 繞一圈,2 theta 繞兩圈,所以像是被描兩次的單位圓。另一個訣竅是把對 z 的條件翻譯成對 w 的條件:在 w = 1/z 下,直線 Re(z) = 1 會變成 w 平面上一個過原點的圓,代入 z = 1/w 化簡即得。
像是深刻定理的居所。開映射定理說:非常數的解析函數把開區域送到開區域;共形映射保持像中曲線相交的角度;而把一個難解的邊界值問題、藉由把它的區域映到較簡單的區域(圓盤或半平面)來求解的整套方法,本質上就是追蹤像。先想像、再計算。
水平帶 0 < Im(z) < pi 在 f(z) = e^z 下映成整個上半平面 Im(w) > 0:下邊 y = 0 去到正實軸,上邊 y = pi 去到負實軸,中間的帶填滿其上的一切。
帶狀、直線與圓的像是共形映射的日常通貨。
一般而言,開集在連續映射下的像不必是開的——那個強性質是非常數解析函數所獨有(開映射定理)。單憑連續只保證反向:開集的原像是開的。
又称
另见