複變函數:極限、連續與映射觀點

旋轉與縮放映射 a z(rotation-and-scaling map)

乘以一個固定複數 f(z) = a z 同時做兩件簡單的事:它旋轉平面、也縮放平面。這正是複數乘法本身的幾何意義。若把常數寫成極式 a = r e^(i alpha),那麼把 z 乘上 a,就是把它的模乘以 r(拉伸或收縮),並把它的輻角加上 alpha(繞原點旋轉角度 alpha)。

要看清楚,取任意 z 寫成 z = R e^(i theta)。則 a z = (r e^(i alpha))(R e^(i theta)) = (r R) e^(i (theta + alpha))。新長度是 r R,新角度是 theta + alpha——長度被乘以 r,角度被增加 alpha。純旋轉是 r = 1 的情形(a = e^(i alpha));純縮放是 alpha = 0 的情形(a 是正實數)。舉例來說,乘以 i 是 90 度旋轉,因為 i = e^(i pi/2)。

因為它保持曲線之間的角度、又把所有長度乘以同一個倍數,a z 是相似變換的原型,也是最簡單的非平凡共形映射。它把原點固定不動(a 乘 0 等於 0)。與平移結合就得到所有 f(z) = a z + b、即線性映射,這已經涵蓋了平面的每一個剛體運動與相似變換,並構成莫比烏斯變換的骨幹。

取 a = 1 + i = sqrt(2) e^(i pi/4)。則 f(z) = (1 + i) z 把整個平面逆時針旋轉 45 度,並把每個長度拉伸 sqrt(2) 倍。點 1 映到 1 + i;點 i 映到 -1 + i。

a 的模縮放長度;a 的輻角旋轉平面——一次乘法兩種效果。

縮放倍數與旋轉角到處都一樣——正是這份均勻性使 a z 成為共形。相對地 z^2 也旋轉並縮放,但其量逐點不同,所以它只在遠離原點處才共形。

又称
multiplication by a constantdilation-rotation乘以常數旋轉伸縮