Lokale Normalform für holomorphe Abbildung zwischen Riemannschen Flächen
Saturday, October 10th, 2009 | Author: Konrad Voelkel
Hier ein sehr einfacher Beweis für eine nette Tatsache:
Theorem: Sei eine nichtkonstante holomorphe Abbildung zwischen Riemannschen Flächen und
sowie
gegeben. Dann gibt es Karten
mit
und
sowie
mit
und
und
sodass
lokal ausgedrückt
ist. Dieses
hängt nicht von der Wahl der Karten ab. Man definiert die Ordnung
.
Was ist eine Karte?
Hier empfehle ich den Wikipedia-Artikel "Mannigfaltigkeit" (keine schwere Kost).
Was ist eine Riemannsche Fläche?
Eine komplexe (holomorphe) Mannigfaltigkeit von Dimension 1, also etwas dass lokal aussieht wie die komplexe Ebene , mit biholomorphen Kartenwechselhomöomorphismen. Man stelle sich also "Ebenenstücke" vor, die miteinander verklebt sind (in holomorpher Art und Weise, also dass die Verklebung überall lokal mit Hilfe einer Potenzreihe berechnet werden kann). Einfache Beispiele sind die komplexe Ebene selbst, eine Kugeloberfläche und ein Donut.
Was heißt hier holomorph?
Eine Abbildung , mit
offen und zusammenhängend, heißt holomorph, wenn man sie an jedem Punkt
lokal in eine Potenzreihe entwickeln kann. Eine Abbildung
heißt nun holomorph, wenn für jede Karte
von
und jede Karte
von
mit
die Verknüpfung
holomorph ist.
Und was ist mit den konstanten Abbildungen?
Ganz einfach: konstante Abbildungen sehen lokal aus wie die konstante
-Funktion, also kann man für beliebige
schreiben:
mit einer holomorphen Funktion
. Daraus ergibt sich, dass man die Ordnung einer konstanten Abbildung als
definieren sollte.
Was ist nun so nett daran?
Nun, wenn man mit einer Abbildung zwischen Mannigfaltigkeiten arbeitet, ist es oft praktisch, Karten zu wählen und in Koordinaten lokal nachzurechnen. Dieses Theorem sagt einem, dass man für holomorphe Abbildungen zwischen Riemannschen Flächen eben nur die Funktion $z \mapsto z^n$ verstehen muss, um
lokal zu verstehen.
Und der Beweis?
Erstmal gibt es ja Karten mit
und
sowie
mit
und
.
Wieso? Wenn , kann man die Karte um eine Translation
ergänzen und erhält die Karte
mit
; analog natürlich für
. Die Eigenschaft
erreicht man dadurch, dass man statt einem beliebigen
einfach
betrachtet. Diese Menge
enthält auf jeden Fall
, denn das ist ja in
und ausserdem
. Da Karten auf offenen Mengen definiert sind, wählen wir dann noch
, eine Umgebung von
in
.
Damit haben wir nun also Karten und
definiert. Darin lokal ausgedrückt nimmt
diese Form an:
wobei
eine holomorphe Funktion mit
ist. Eine holomorphe Funktion, die
auf
abbildet ist eine, deren Reihenentwicklung bei
keinen konstanten Term hat. Man kann also auch schreiben:
wobei
nun wieder eine holomorphe Funktion ist. Man kann nun untersuchen, ob auch
die
auf die
abbildet und gegebenenfalls noch ein
vorneweg schreiben, usw. Irgendwann ist aber Schluss, es sei denn,
ist die konstante Nullfunktion. Wir nennen nun
die Funktion, die
nicht auf
abbildet und
erfüllt. Man beachte, dass
auch eine kleine Umgebung der
auf eine Menge abbildet, die die
nicht enthält. Somit gibt es einen holomorphen Zweig des Logarithmus von
, und somit eine
-te Wurzel, nennen wir sie
. Damit alles passt, verkleinern wir notfalls
und
, damit
auf ganz
definiert ist. Wir haben bis jetzt
lokal geschrieben als
.
Daraus werden nun die Karten und
gebastelt. Die Abbildung
ist biholomorph in einer Umgebung der
, also können wir sie in eine Karte mit reinschreiben:
und
. In den neuen Karten ist
beschrieben durch
.
Die Unabhängigkeit von den Karten sieht man leicht: Wenn man zwei verschiedene Paare von Karten mit hat, muss auf dem Schnitt (der nichtleer ist, beide enthalten ja
bzw.
) bereits
gelten.