\documentclass[11pt,a4paper]{article} \usepackage[cp1251]{inputenc} \usepackage[russian]{babel} \usepackage{amssymb,amsfonts,amsmath} \usepackage{xspace} \pagestyle{empty} \newcounter{zadacha} \setcounter{zadacha}0 \newcommand*{\nz}{% \par\medskip\refstepcounter{zadacha} \textbf{\thezadacha.} } \let\C\relax \newcommand*{\C}{\ensuremath{\mathbb C}\xspace} \newcommand*{\R}{\ensuremath{\mathbb R}\xspace} \let\Re\relax \let\Im\relax \DeclareMathOperator{\Re}{Re} \DeclareMathOperator{\Im}{Im} \begin{document} \begin{center}\large\sc Теория функций комплексного переменного -- 2025\\ Листок 2 \end{center} {\small Дробно-линейной функцией (д.-л. функцией) называется функция вида $$f(z)=\frac{az+b}{cz+d}\,, \qquad a,b,c,d \in \C, \qquad ad-bc \neq 0. $$ } \nz Докажите, что д.-л. функция осуществляет взаимно-однозначное отображение $\bar{\C}\to \bar{\C}$. \nz Докажите, что д.-л. отображения образуют группу. Какой группе она изоморфна? \nz Докажите, что д.-л. функция переводит окружности и прямые в окружности (или прямые). \nz Напишите д.-л. функцию, переводящую три произвольные (различные) точки $z_1, z_2, z_3$ в три другие (различные) точки $w_1, w_2, w_3$. Единственна ли она? \nz Во что преобразуется квадрант $x>0, y>0$ при отображении $\displaystyle{ w=\frac{z-i}{z+i}}\, $? \nz Найдите все дробно-линейные функции $f$ такие, что $f(f(z))=z$. \nz Докажите, что бидифференциал $\displaystyle{\frac{dz_1 dz_2}{(z_1-z_2)^2}}$ инвариантен относительно д.-л. преобразований. \vspace{5mm} {\small Двойным отношением четырех различных точек $z_1, z_2, z_3, z_4$ называется $$ (z_1, z_2, z_3, z_4)=\frac{(z_1-z_3)(z_2-z_4)}{(z_1-z_4)(z_2-z_3)}. $$ Производной Шварца (шварцианом) голоморфной функции $w(z)$ называется выражение $$\displaystyle{S(w;z):=\frac{w'''(z)}{w'(z)}-\frac{3}{2} \left (\frac{w''(z)}{w'(z)}\right )^2}.$$ } \nz Докажите следующее тождество, связывающее двойное отношение со шварцианом: $$ \frac{(w(z+ta), w(z+tb), w(z+tc), w(z+td))}{(a,b,c,d)}= 1+\frac{t^2}{6}\, (a-b)(c-d)S(w;z) +O(t^3) $$ ($t\to 0$). \nz Докажите, что д.-л. функция сохраняет двойное отношение: $$ (f(z_1), f(z_2), f(z_3), f(z_4))=(z_1, z_2, z_3, z_4). $$ \nz \ Докажите, что $S(w;z)=0$ тогда и только тогда, когда $w(z)$ -- д.-л. функция. \nz Докажите, что четыре различные точки лежат на одной окружности (или на одной прямой), если и только если их двойное отношение вещественно. \nz Докажите, что $$ S(w;z)=6 \lim_{\zeta \to z}\, \frac{\partial }{\partial z}\frac{\partial }{\partial \zeta}\, \log \frac{w(z)-w(\zeta )}{z-\zeta}. $$ \nz Пусть $w(z)$, $f(w)$ -- две функции, $F$ -- их композиция: $F(z)=f(w(z))$. Докажите, что $$ S(F;z)=S(f;w)\Bigl (\frac{dw}{dz}\Bigr )^2 +S(w;z). $$ \nz Пусть $f_1, f_2$ -- два линейно независимых решения дифференциального уравнения $f''+Q(z)f=0$. Покажите, что $Q(z)=\frac{1}{2}\, S(f_1/f_2; z)$. \nz Найдите общий вид д.-л. изоморфизмов (а) $\mathbb{H} \to \mathbb{H}$, (б) $\mathbb{U} \to \mathbb{U}$, (в) $\mathbb{U} \to \mathbb{H}$ ($\mathbb{H}$ -- верхняя полуплоскость, $\mathbb{U}$ -- единичный круг). \nz Отобразите верхнюю полуплоскость на единичный круг так, чтобы $w(2i)=0$, $\mbox{arg}\, w'(2i)=0$. \nz Сколько неподвижных точек может иметь д.-л. преобразование? Докажите, что если д.-л. преобразование имеет две неподвижные точки, то произведение производных в этих точках равно 1. \nz Д.-л. преобразование с одной неподвижной точкой $z_0$ называется параболическим. Докажите, что параболическое преобразование можно записать в канонической форме $$ \frac{1}{w-z_0}=\frac{1}{z-z_0}+h $$ если $z_0\neq \infty$ и $w=z+h$ если $z_0=\infty$. \nz Докажите, что д.-л. преобразование с двумя различными неподвижными точками $z_1, z_2$ можно представить в канонической форме $$ \frac{w-z_1}{w-z_2}=k\frac{z-z_1}{z-z_2} $$ если $z_{1,2}\neq \infty$ и $w-z_1=k(z-z_1)$ если $z_2=\infty$. Преобразование называется гиперболическим, если $k>0$, эллиптическим если $|k|=1$ ($k\neq 1$) и локсодромическим в общем случае комплексного $k$. \end{document}