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分支行走

取一个函数值 f,牵着你沿左图的回路散步 —— 每走一步,只允许从当前值连续挪一小步(解析追踪)。 绕支点一整圈回到出发点时,√z 已变成 −√z: 你顺着黎曼面爬上了下一层。再走一圈才回原位。

函数与回路

√z

回路 = 左图可拖的圆(拖圆心离开支点则一整圈辐角零净变,值安然回家)。 支点是圆心处那颗红点。

z 平面 · 回路
  • 回路(拖圆心/半径点)
  • 支点
  • 游标(当前位置 z(t))
w 平面 · 追踪值 f̃(t)
  • 全程轨道(当前圈数)
  • 已走过的部分
  • 起点值 f₀

值层账本

已走圈数
0.00
辐角累加 Φ
0.000 rad
所在层
第 0 层
起点值 f₀
当前值 f̃
单值性比 f̃/f₀

"第 k 层"按辐角区间约定:Φ ∈ [−π+2πk, π+2πk)。 √z 每两层重合一族值 —— 第 2 层起颜色会认出来。

1.0×
回路预设

单值性与解析延拓

√zz=1 处明明等于 +1, 绕原点一圈回来怎么就成了 −1? 因为"取平方根"从来不是一个函数,而是一族局部解: 每个邻域里各有一个解析的平方根,它们两两只差一个符号。

追踪法则 每步只许 连续挪一小步:f̃(t+dt) 取离 f̃(t) 最近的平方根
绕行一圈 z 的辐角 Φ:θ₀ → θ₀+2π ⇒ √z 的辐角只走半圈 ⇒ 值反号
单值性判定 绕支点 k 圈后 f̃ = f₀·e2πik·α(对 zα 型);log:f̃ = f₀ + 2πik

把所有"层"缝起来,得到的曲面就是黎曼面: √z 是两层纸,z1/3 是三层,log z 是无限层螺旋 —— 本页右图画的就是 你踩在哪一层上的俯视图。

怎么玩

  1. √z,走一圈。出发时 f₀=1(回路半径 1、起点 z=1),一圈后值变 −1,"层"跳到第 1 层。点再绕一圈:第二圈终点回到 +1,轨道闭合 —— 两层纸缝上了。
  2. z1/3要三圈才闭合,每圈乘 e2πi/3(转 120°)。
  3. log z。每圈加 2πi,值一路向上爬,永远回不来 —— 无限层螺旋。
  4. zi = ei·log z每圈乘 e−2π ≈ 1/535:值沿对数螺旋收缩。绕原点几圈,zi 的"多值"相差五百多倍。
  5. 把圆心拖离支点。回路不再包住 0,一整圈辐角净变为 0 —— 值回到原地。多值性只在"绕支点"时才发作。

和卷绕数页是一枚硬币的两面。

卷绕数页记的是"f(z) 的朝向绕原点转了几圈"(对给定的枝求值); 本页记的是"函数值自己在几层纸上"(枝本身不固定,连续挪着走)。 前者绕一圈必得整数;后者绕一圈可能回不了家 —— 差的那个角度,就是单值性破缺。