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℘ 观象台

Weierstrass 的 ℘ 是格的函数:给一个 τ,格 Λ={m+nτ} 定下一张壁纸, ℘ 把它无缝铺满复平面。拖动 τ(或用滑杆),盯着左边的域着色壁纸 随格呼吸形变——方格 τ=i 有 4 重对称(j=1728),六角 τ=ρ 有 6 重对称(j=0)。 右边是 j(τ) 的模地板:你正踩在哪张壁纸上,一图看尽。

格 τ

τ = 0 + 1.00i

经典格:方格(j=1728)、六角(j=0)、长方形(τ=2i,j=287496)。

z 平面 · ℘(z; τ) 铺贴
—
  • 格点 Λ(℘ 的二阶极点)
  • 半周期点 ½、τ/2、(1+τ)/2(℘′=0)
  • 基本平行四边形(一格的边界)
τ 平面 · 模地板 j(τ)
j = —
  • SL₂Z 基本域 |Re τ|≤½、|τ|≥1
  • j 轨道:i→1728、ρ→0(尖格=白)
  • τ 把手(可拖,越界进禁区)

格账本

—
不变量 g₂ / g₃
—
Δ = g₂³−27g₃²
—
j = 1728·g₂³/Δ
—
半周期值 e₁ / e₂ / e₃
—
ODE 残差 ℘′²−(4℘³−g₂℘−g₃)
—
℘(悬停点)
—

"ODE 残差"= 账本数字与引擎的双向验算:任取一点 z,把 ℘(z)、℘′(z) 代回微分方程 ℘′² = 4℘³ − g₂℘ − g₃,左减右的模 —— 应在 10−9 以下。数字对不上账,页面就不配叫观象台。

0.00
1.00
1.0×

℘ 怎么算

定义里 ℘ 是对全格求和 ℘(z)=1/z²+Σ′[1/(z−λ)²−1/λ²],逐格加收敛慢。 本页主管线走 θ₁ 比值(Whittaker-Watson 公式,周期约定 2ω₁=1): 对 q=eπiτ 只有 |q|<e−0.3π≈0.39,级数几十项就收敛到双精度封顶。 ℘′ 同一次 θ₁ 求值里顺带给出(对数导数拼装)。

约化 先按 双周期性把 z 折回基本格 —— 壁纸的任意一格都是全平面的副本
铺贴 纹理只算一格(150×150),沿仿射基 {1, τ} 平铺整个视口:周期 ⇒ 无缝
验算 g₂、g₃ 走 Eisenstein 闭式(E₄/E₆),j=1728g₂³/Δ;文献锚点 j(i)=1728、j(ρ)=0

与域着色的关系:那页 dc-wp 预设也能画 ℘, 但只当表达式用;这页把格本身交给你 —— 换 τ 等于换一整个复分析世界。

怎么玩

  1. 拖 τ 把手绕一圈。左边的壁纸被剪切、拉长、旋转,但永远无缝 —— 双周期性肉眼实拍。
  2. 找 4 重对称。把 τ 拖回 i:格点变成方格阵,℘ 壁纸出现 90° 旋转对称 —— j 读数 1728。
  3. 找 6 重对称。拖到 ρ=(1+i√3)/2:六角格,壁纸 60° 自转不变 —— j=0,g₂=0。
  4. ▶ 让格呼吸。τ 绕 ρ 画小圆,账本里 e₁e₂e₃ 三个根像转圈一样轮着走,一圈后各归其位。
  5. 拖进禁区。Im τ<0.3 时 nome 太接近 1,级数失效 —— 把手被边界拦住,页脚警告条会说话。
  6. 看模地板。右边近黑处 j≈0(六角类),纯白处 Δ→0(格退化),中部亮带 |j|=1 —— 你拖的每一点都在这张地图上。

为什么 τ 平面上到处是同一张地图?

τ 和它的 SL₂Z 像(如 τ+1、−1/τ)给出同一个格(基变换而已), 所以 j 取值完全相同 —— 模地板因此关于竖线 Re τ=±½ 镜像、关于单位圆反演对称。 基本域虚线圈出的那一片,就是"互不相同的格"的名册。