A NNALI DELLA
S CUOLA N ORMALE S UPERIORE DI P ISA Classe di Scienze
P IETRO M ATILDI
Sulla rappresentazione conforme di domini appartenenti a superficie di Riemann su domini di un tipo canonico assegnato
Annali della Scuola Normale Superiore di Pisa, Classe di Scienze 2
esérie, tome 14, n
o1-4 (1948), p. 81-90
<
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SULLA RAPPRESENTAZIONE CONFORME
DI DOMINI APPARTENENTI A SUPERFICIE DI RIEMANN SU DOMINI DI UN TIPO CANONICO ASSEGNATO
di PIETRO MATILDI
(Bari).
Premessa.
In base ai risultati
esposti
dal CECIONI in una nota del 1928(i) sappiamo
che : Condizione necessaria e sufficiente affinchè un dominio
(connesso) A
ap-partenente
ad unasuperficie
di RIEMANN i(che
si suppone costituita da un numero finito difogli piani sovrapposti)
siarappresentabile
biunivocamente econformemente
sopra un altro dominioB, appartenente
ad unasuperficie
diRIEMANN i (eventualmente
diversa daE),
oppure sopra un dominio simme- trico diB,
è che i due domini abbiano le stesseequazioni caratteristiche,
cioèche ad esse
corrisponda
la stessa classe reale di curvealgebriche che,
ricor-diamo, appartengono
altipo
ortosimmetrico.Tale teorema estende un
analogo teorema,
per dominipiani,
dovuto allo SCHOTTKY(-).
Ricordando,
aquesto punto,
che nel casopiano
si cercò successivamente di determinare lapossibilità
ed ilgrado
di indeterminazione delproblema
me-desimo senza utilizzare la teoria delle curve
algebriche,
tentandoanzi,
in baseai risultati
già ottenuti,
digiungere
a risultati digeometria
birazionale dellecurve
algebriche
reali attraversoproprietà
dellarappresentazione conforme,
vienenaturale di
porsi
unproblema analogo
nel caso di dominiappartenenti
a su-perficie
di RIEMANN.Si tratterà di
trasformare,
perrappresentazione conforme,
un dominio arbi- trarioA, pluriconnesso, appartenente
ad unasuperficie
diRIEMANN,
in unaltro,
di un
tipo
canonicoassegnato
equesto,
sepossibile,
estendendo i risultati delpiano.
(1)
F. CECIONI: Sulla rappresentazine conforme delle are pluriconnesseappartenenti
x
rappresentazione conforme delle aree pluriconnesse appartenenti
a superficie di Riemann
(Annali
delle Università Toscane, volume 12, nuova serie (1928),pp. 27-88).
(2)
SCHOTTKY : Ueber die conformeAbbildung
mehrfach Zusammenhängender ebener Flàehen (Journal fúr die reine undangewandte Mathematik,
t. LXXXIII (1887), pp. 300-351).La
Sig.na
LI CHIAVI in una nota del 1932(3)
risolve ilproblema
esten.sione di
quello
del CECIONI(4) (piano
su cui sianoeseguiti tagli paralleli)
fis-sando le condizioni
indispensabili
alla trasformazione medesima. Non è stato datosinora, però,
alcun teorema di trasformazione in cui i contorni del dominió canonico su cui deveappunto
trasformarsi il dominiodato,
siano costituiti o da circonferenze o da archi di circonferenza e, c’ è daaspettarsi che,
anche per dominiappartenenti
asuperficie
diRIEMANN,
comegià
per ilpiano,
siano pro-prio questi
i teoremi di trasformazionepiù
interessanti.Mi propongo
appunto,
inquesto lavoro,
di trattare intanto un casopartico-
lare e
precisamente
di dare l’ estensione del teorema di trasformazione di R.~E- MANN, di trasformarecioè,
perrappresentazione conforme,
un dominioqualunque
di una
Riemanniana,
dotata di un solcontorno,
in un dominio il cui unico con-torno sia
circolare,
ottenendo il risultato :«
Ogni dominio, appaartenente
ad unaRiemanniana pluriconnessa
dotata di un sol
contorno,
di ordinedi connessione N=2a+ 1, (5)
è rap-presentabile
conformemente ebiunivocamente
su un cerchiomultiplo
svol-gentesi
su un numero A(intero,
sufficientementegrande
come successivamente(n. 7) preciseremo)
difogli piani,
connessi l’uno all’altro mediante tune sezioni di diramazione(6)
>>.1. - Donlini
appartenenti
asuperficie
di Riemann.Sia 2 una
superficie
di RIEMANN di genere p costituita come sopra abbiamo dettoSupponiamo
dato su Z un dominio A nonpseudosemplice (1)
il cui con-torno totale sia costituito contorni
parziali Co, Ci,
...,Co
ciascuno dei(3)
M. S. Li CHIAVI : S1tlla rappresentazione conforme delle aree pluriconnesse appa’l’-tenenti a superficie di Riemann su un’ opportuna
supèrficie
di Riemann su cui siano ese-guiti dei tagli
paralleli
(Rendiconti del Seminario Matematico della Università di Padova,Anno III (1932), pp. 95-127).
(4)
Il JULIA (Leçons sur la répresentation conforme des aires 1nultiplementFascicule XIV des Cahiers
Scientifiques,
1934,Gauthier- Villars,
Paris, p. 4) chiama tale problema: problema di Hilbert:quest’ ultimo,
nel 1909 (Nachrichten ...,Gòttingen),
diD;1o-stra ciò che già il CECIONr aveva dimostrato
precedenten1ente
nella nota : Sulla rappre- sentazione conforme delle aree piane pluriconnesse su un piano su cui sianoeseguiti
tagli paralleli (Rendiconti del Circolo Mat. diPalermo,
t. XXV, 1908). Per questoritengo
op-portuno dare tale denominazione al problema suddetto.
(5)
La definizione di ordine di connessione ed i simboli qui usati sono quegli stessi cheil CECioNi usa nel lavoro citato in
(~),
pag. 33.(6)
Questo lavoro era già pronto da tempo, circostanze varie ne hanno ritardato 14 pubblicazione.e)
Vedi :CECIONI,
loc. cit. in(1),
pag. 32.83
quali
supporremo costituito da una linea nel senso diJ ORDAN, continua, chiusa, priva
di nodi(~).
Siano o
precisamente
itagli
rientranti interni adA,
non aventipunti
acomune, che non rompono la connessione di
A,
mentreo+1 tagli
rientrantiqualsiasi (ancora
interni ad A e non aventipunti
acomune)
sempre rompono la connessione di A.Le considerazioni svolte dal CECIONI nella nota citata in
(1) portano
ad af-fermare che esistono a retrosezioni
(ah, bh) (h=1, 2, ..., 0)
della Riemanniana 2"interne al dominio A e non ne esistano
più
di a distinte.Di
qui
segue che l’ ordine di connessione di A è2o+~+l.
Ricordando a
questo punto
come unasuperficie
di RIEMANN. di genere p possa trasformarsi adesempio
in unasuperficie
deltipo
« sfera con p manici » tale che lacorrispondenza
intercedente tra ipunti
dell’ una e dell’ altra sia biu-nivoca e
continua, possiamo
senz’altro trasformare intanto lasuperficie 2
inuna sfera con p manici : S.
In virtù della
corrispondenza
intercedente tra i
punti
di Y equelli
diS,
adA, appartenente
a
~,
viene acorrispondere
su Sun dominio A dotato di certi con-
torni ..., 7,,
corrispondenti
ai
Co , Ci,.., Él,
di A.,,
Iyo , 711 ... v 7, risultano ovvia- il mente contorni di
regioni
di Snon
appartenenti ad A, regioni
che possono anche mancare, in
parte
ototalmente,
bastando perquesto
chequalcuno
dei contorni7i
(i=1, 2,
...,9),
nel caso limitetutti,
si riduca ad una lineadoppia (o taglio)
su S. Potrà darsi benissimo che
qualcuna
di taliregioni contenga
nell’ internoun manico di S e
questo capiterà
certamente per almeno una di essequando
oCiò premesso,
possiamo
senz’ altro dare un modellotopologico semplicissimo
di A.
Basta,
allo scopo, considerare unoqualunque
deicontorni ;,i
diS,
adesempio
yo(il
fatto che yo possa essere untaglio
nonporta
alcunadifficoltà)
e supporre di dilatarlo
operando contemporaneamente
sullaporzione
di ~’ ap-partenente ad A,
lasciando inalterati imanici,
sino a chequest’ ultima superficie (manici esclusi)
risulti distesa su unpiano
ed il trasformato di yo ne risulti contorno esterno.701 I ... 9 7, si trasformeranno in certi
yó, y1,
...,y~
contorni del nuovo campoA
cui
competeranno
tanti maniciquanti
necompetevano
ad A(fig. 1).
(8)
Questa ipotesi è sufficiente per ora, in seguito però, vedremo, andrà ristretta.Fig. I.
I
punti
del campoA,
per il modo in cui sono statiottenuti, sono
in cor-rispondenza
biunivoca e continua conquelli
di A equindi
di A edA
offre unmodello
topologico semplicissimo
del dominio A dipartenza.
-Le retrosezioni
bh) (h=1, 2,..., 6)
hanno ancora, perA,
ilsignificato
che avevano per la
superficie
di RIEMANN dipartenza.
2. - Introduzione, su
A,
di un sistemacompleto
di funzioni1>.
Formuliamo,
aquesto punto, l’ ipotesi
che ciascuno dei contorni diA,
deltipo
descritto al n.1,
sia costituito da un numero finito di archi di linee rego- lari analitiche.In tale
ipotesi che, vedremo,
sarà essenziale per tutto ciò che segue, laSig.na
LICHIAVI,
nel suo lavoro citato in(1)
introduce su Acerte e + 1
funzionila
(Dh (h=0, 1, ..., o)
essendo cos definita:1)
sul contornoah
haparte immaginaria i ; sugli
altri contorni haparte immaginaria
zero,2)
èregolare
inogni punto
interno e del contorno di Arispetto
allavariabile
principale
nell’ area considerata(~), 3)
ha nell’ areaperiodi
tutti reali.Vengono
date successivamente leproprietà
di tali funzioni : la loro sommaè
(evidentemente) costante,
ma oqualunque
di esse, ad es.sono linearmente
indipendenti. Inoltre,
talifunzioni, interpretate
su una Rieman-niana R
(di
genere2r + o) che,
secondo la teoria di SCHOTTKY - CECIONI sopra ricordata(1) corrisponde
all’areaA,
danno altrettantiintegrali
Abeliani diprima specie ;
equelli corrispondenti
a e di esse, ad es. alle(1),
sonodunque
linear-mente
indipendenti.
Ciò
posto, definiamo,
suA,
altre 26 funzioninel modo
seguente :
la
(D,+, (r =1, 2, ..., a)
1)
sia reale sui contorniCo, Ci,
...,C(! ,
2)
abbiaperiodi
tutti reali tranne che pergiri lungo
dove haperiodo
con
parte immaginaria 2ni,
(9)
Vedi:CECIONI,
loc. cit. in(’),
pag. 43.85
3)
siaregolare
in tutti ipunti
interni e del contornodi A ;
2)
abbiaperiodi
tutti reali tranne che pergiri lungo h,1’
dove haperiodi
con
parte immaginaria 2ni,
3)
siaregolare
in tutti ipunti
interni e del contorno di A.Con
ragionamenti analoghi
aquelli seguiti
nei lavori sopra citati si prova’
facilmente l’esistenza delle funzioni
(2)
edanalogamente
pure si prova che ilcompleto
delle funzioni(1)
e(2)
sulla Riemanniana R
corrispondente
ad A secondo le teorie sopra citate(~)
dà un sistemacompleto
diintegrali
Abeliani diprima specie
linearmenteindipendenti,
iquali godono
dellaproprietà
di averela
immaginaria
costante su eiaseuna linea reale di R.3. - Risoluzione del
problema.
Siamo ora in
grado
di affrontare ilproblema posto
inizialmente. Ildominio A,
dotato di a retrosezioni
interne,
abbia un sol contorno(costituito, ricordiamo,
da un numero finito di archi
regolari
di lineeanalitiche) ;
èquindi
Ildominio B su cui
vogliamo
trasformareA, (che potremo
sempre supporre nonpseudosemplice
datoche,
se cos nonfosse,
la risoluzione di RIEMANN nel casopiano
di un sol contorno basterebbe anche inquesto
caso,dopo
avereoperato
una trasformazione
preliminare
sul campoA)
per ovvieragioni
di" Analysis situs ",
dovràsvolgersi
su unnumero A>
2 difogli piani ;
sequindi
noi vo-gliamo
che al dominio A venga acorrispondere
laporzione
disuperficie
diRIEMANN interna ad un contorno
circolare, potremo
caratterizzare il dominio B nel modoseguente :
" Porzione di unasuperficie
di .Riemannsvolgentesi
tuttaa distanza
finita,
s2c un numero A > 2 difogli piani opportunamente
col-legati
tra loro mediante sezioni didiramazione
ed aventi per contornocirconferenza
multipla (col
centronell’ origine)
".°
È questa
lapiù
naturale estensione del casopiano
trattato da RIEMANN.Supponiamo
che A sia effettivamenterappresentabile
su di unasuperficie
Bdel
tipo
sopra descritto :questo porta
come conseguenza 1’esistenza,
suA,
diuna funzione trasformatrice : la
quale
1) ha,
suCo ,
modulo costante che supporremo=1,
2) regolare
ovunque all’ interno e sul contorno diA,
ammette ivi A(intero,
per ora
indeterminato, > 2) punti
distinti ai, a2,..., a~quali
zeri chepotremo
Annali della Scuola Norm. Sup. - Pisa. ~ 6 .
sempre supporre del
primo ordine;
il suoargomento
aumentaquindi
di 2n¡per un
giro
attorno aCo
nel versopositivo (1°), 3)
è monodroma in A.Se, quindi,
consideriamo la funzionelog w(z)
eponiamo :
cioè
la
g(z)
cos definita1)
è reale alcontorno,
2)
divienelogaritmicamente
infinita in ),punti
ai , a2, ..., aà di A come- i
log (z - ar) (r=1, 2, ..., ~)
ed èregolare
in tuttigli
altripunti
diA,
con-torno compreso,
3)
la suaparte
reale aumenta di 2n~ per ungiro
nel versopositivo
at-torno a
Co ;
perquesto
basta che aumenti ad es. di 2n per ungiro,
nel versopositivo,
attorno ad(r=1, 2, ..., À).
Alle
retrosezioni,
seaumenta,
nonpuò
che aumentare dimultipli
di 2n.La funzione
g(z)
non ammette alcun’ altraperiodicità,
inA, indipendente
daqueste.
Il nostroproblema
è cos ricondotto alla costruzione di tale funzione4. L Per
questo,
fissati L(intero 2,
per oraindeterminato) punti
distintigenerici
interni adA, poniamo
Vr è monodroma in
A,
ma nonfinita,
i valori al contorno determinanouna funzione
y~, armonica,
monodroma e finita inA,
la cuiconiugata Ur (de-
terminata a meno di una costante reale
additiva)
èpolidroma,
ingenerale,
in A.Posto
- --
risulta avere in A
periodi
reali.’ Poniamo
Questa
funzionegode
in A delleseguenti proprietà : 1)
è reale alcontorno,
2)
ha ilcomportamento di - i log (z - a?.)
in a1, ed èregolare
in tuttigli
altri
punti
diA,
contorno compreso,3)
ha in Aperiodi
reali alle retrosezioni oltre alleperiodicità
di 2~ pergiri
intorno ad a?. epertanto
di 2~c pergiri
intorno aCo.
(so)
Fissiamo come di consueto, quale verso di rotazione positivo il verso che conducedall’ asse reale positivo all’ asse immaginario positivo attraverso
1’ angolo
retto.87
’
Se
quindi
consideriamo la funzioneessa
1)
è reale alcontorno,
2)
ha ilcomportamento
di- log (z- a,,,)
in u1.(r =1, 2,
...,l)
ed èregolare
in tutti
gli
altripunti
di A contorno compreso,3)
ha in Aperiodi
di 2n relativamenteagli
a~, e reali alle retrosezioni(ah, bh) (h =-- 1, 2,
...,a) (e quindi periodicità
di 21TA relativamente a00);
nonammette alcuna altra
periodicità
in A.Essa
gode pertanto
di tutte leproprietà
che si richiedevano per la funzioneincognita
con una sola eccezione :la x
ammetteperiodicità (reali)
alle re-trosezioni.
Nostro
problema sarà, pertanto,
aquesto punto,
ilseguente :
Vedere se èpossibile, prendendo
ipunti
as, a2, ..., a~ in modoopportuno,
rendere taliperio-
dicità
multiple,
secondo numeriinteri,
di 2n. ’ »à. - Indichiamo come segue
.
le
periodicità
suddette ai cicli indicati.Queste periodicità
si possono calcolareripetendo
unprocedimento
ben notonella teoria
degli integrali
abeliani.
Indichiamo con 4 il per-
corso
segnato
infig.
2 suA, corrispondente
ad A secondoquanto
è stato detto al n. 1.Avremo :
/
essendo
~~~
unaqualunque /
tra le
2o funzioni (D
intro- ’ dotte al n. 2 e x la fun-zione
introdotta al n. 4. Fig. 2.D’ altra
parte questo integrale,
calcolato direttamente trascurandogli
addendireali
risulta,
Per le
(3), posto
risulta : O O
Resta da far
vedere
chepuò
determinarsi ~ in modo che .si abbiaper
r =1, 2, ..., 2a,
essendogli
m1. numeri interi.6. -
Consideriamo,
allo scopo, una curvaalgebrica
C digrado n
corri-spondente,
secondo la teoria del CECIONI(~),
all’ area A.Essa, sappiamo,
è reale ed una Riemannianaqualunque R (di
ordinen)
adessa
corrispondente
ha genere~ro = 26,
è dotata di un circuito reale y in corri-~spondenza
dell’ unico contorno di A epresenta
il caso ortosimmetrico.Il sistema
completo
di funzioni+r (r= 1, 2, ..., 2Q)
che nel nostro caso com-pete
adA, dà, interpretato
suR,
un sistema diintegrali
abeliani diprima specie J1, J2,
...,J’a (linearmente indipendenti)
aventiparte immaginaria
nulla sull’unicocircuito reale y di R.
Se,
aquesto punto,
consideriamo unaqualunque
curvaalgebrica
digrado g (intero > 1,
per oraindeterminato)
la cuiequazione
sia a coefficientireali,
essaincontrerà la
C
in gnpunti,
, i , 12 ,
...,reali o
immaginari coniugati, punti quindi che,
suR,
risulteranno oapparte-
nenti a y o acoppie
simmetricirispetto
ad essa.Ricordato ora che la
R, superficie
di RIEMANNcorrispondente
adA,
è sim-89
metrica
(tale
simmetria non è altro che ilconiugio («) e presenta
il caso
ortosimmetrico,
cioè èspezzata
da y in dueparti,
l’ una simmetrica del- l’altra dellequali l’una:
èrappresentabile
conformemente e biunivocamente suA, l’altra,
sulla simmetricadi A ;
diciamoR
laparte
di R checorrisponde
adA, Fissiamo,
suquesta,
un numero gn dipunti generici fJ2,
...,fJgn
pren-dendo g
in modo che siacioè
Per
questi punti
passa almeno una curvaD2
digrado g (12).
I
punti fJ2, ...,
sono ipunti
in cui tale curvaD2
incontra la C.Per il teorema di ABEL avremo, per
ogni J,, (r==1, 2, ..., 2o),
Fissiamo ora un’
origine
diintegrazione
pergli Jh
in unpunto qualunque di y e
ricordiamoche,
su y,gli Jr
sono reali.Se allora con
~*
indichiamo ilgenerico
tra ipunti ~k (k =:~. 1, 2,
...,gn)
chestanno su 7 e con
~**, ~**
lagenerica
tra lecoppie
dipunti Ck
simmetricirispetto
a 7 avremo :ed inoltre
complessi coniugati
eperciò :
Ne segue
per cui la
(5)
diviene :(11)
Dove x ed -y rappresentano,rispettivamente,
i complessi coniugati di x ed y.(12)
Ricordiamo che una curvaalgebrica
digrado g
è pienamente determinata dal pas- saggio perg(g + 3)
punti generici.Ritornando all’ area A diciamo
con
t~ ~ 2n - 3,
ipunti
di Acorrispondenti
aPer essi avremo
e
quindi
come
appunto
volevamo.7. - Il numero
A,
sino aquesto punto indeterminato,
assuma ora il valorecon g>2n-3.
Si ha per esso la limitazioneessendo n un numero che sia
grado
di una curva caratteristica di A(ad
es.il
minimo).
La funzione trasformatrice che il nostro
problema
richiedeva è dataquindi
dala
quale
soddisfa a tutte leproprietà
che per essa erano richieste.È poi
facileverificare che tale funzione esegue la trasformazione conforme richiesta. Per le
proprietà
della funzioneX(z) (n. 4),
ossia dellag(z) (n. 3),
si vedesubito, infatti,
chew(z)
è monodroma inA, regolare
ovunque in A e sul contorno(nei punti
ah hadegli infinitesimi)
ed ha modulo uno sul contornoCo.
Per il teo-rema dell’ indicatore
logaritmico
essa nonprende
in A alcun valore di modulomaggiore
di uno eprende A
volteogni
valore di modulo minore di uno(con-
tando le
molteplicità). Ragionamenti
noti(1j)
provano allora che essa effettua la trasformazione voluta.---