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共形映射

解析函数把正交网格弯成曲线网,但每个交点处的直角原封不动。 拖动探针 z₀,看局部放大率 |f′(z₀)| 与旋转角 arg f′(z₀) 如何决定网格在那一点的形变。

f(z)

保角变换
1.00
源平面 z
  • 正交网格(源)
  • 探针 z₀
像平面 f(z)
  • 网格的像 f(网格)

探针 z₀

解析
z₀
f(z₀)
f′(z₀)
放大率 |f′|
旋转角 arg f′
正交方向像的夹角

夹角 ≈ 90° 即保角(共形);若为 −90° 则是反共形(如 conj(z),镜像翻向); 其它值说明 f 在该点不解析。f′(z₀)=0 处放大率为零,共形性退化(临界点)。

网格统计

像折线笔数
断线处(极点/无穷)
|f′| 范围(视口内)

热力着色按 log|f′| 铺在网格像上:亮处网格被拉伸,暗处被压缩。 1/z 在原点附近 |f′|→∞,e^z 沿实轴方向指数放大。

什么叫共形

fz₀ 解析且 f′(z₀) ≠ 0, 则在 z₀ 附近 f 近似为「旋转 arg f′ + 缩放 |f′|」—— 所有过 z₀ 的曲线都被同一个角旋转、同一个比例缩放。 于是任意两条曲线的交角保持不变,直角网格的像仍是直角网格(只是弯了)。

  1. 放大率。|f′(z₀)| 是局部伸缩比:>1 拉伸,<1 压缩,=0 临界点。
  2. 旋转角。arg f′(z₀) 是局部转角,与方向无关——这正是「保角」的含义。
  3. 失效处。f′=0(如 z² 在原点)或 f 不解析(如 conj z)时直角不再保持。

预设里的名场面

  • :网格变成抛物线族;原点处 f′=0,直角被翻倍成 180°。
  • e^z:竖线 → 射线,横线 → 圆弧;沿实轴放大率 e^x 指数增长。
  • log z:e^z 的逆,把去掉原点的平面卷成无穷长条带。
  • 1/z:反演,直线 ↔ 圆互换,|f′|=1/|z|² 在原点旁爆炸。
  • sin z:椭圆坐标网——竖线映成双曲线,横线映成椭圆。
  • z+1/z:Joukowski 变换,圆网被捏成机翼形流线网。
  • conj(z):反例。网格形状对,但每个直角都翻了向(−90°),非共形。

为什么热力图在极点附近断开

|f| 或 |f′| 超过阈值时程序断线,避免连线飞向无穷远。断点数在右侧「网格统计」里实时给出。