125. Примеры.
Обратимся теперь к примерам построения функции Грина и начнем с построения этой функции для круга
Мы имели раньше функцию, преобразующую этот круг в себя, при условии, что некоторая точка
находящаяся внутри круга, переходит в начало. Эту функцию мсжно записать в виде
где
— комплексное число, сопряженное с
и
— точка, симметричная с а относительно окружности, т. е. а
Обозначая через
расстояния переменной точки
до точек а и а, получим непосредственно следующее выражение функции Грина для круга;
Положим теперь, что область В есть прямоугольник с вершинами
Полагая
и
строим функцию Вейерштрасса
. Мы видели, что функция, преобразующая наш прямоугольник в единичный круг так, что точка
переходит в начало, имеет вид
Таким образом, мы имеем следующее выражение функции Грина для прямоугольника:
Теория функций комплексного переменного может быть применена и при построении функций Грина для многосвянной области, причем мы, как и выше, ограничиваемся предельным условием (189) на I. Пусть В, например, — двусвязная область, ограниченная внешним контуром
и внутренним
и пусть
— функция Грина этой области. Строим функцию
монически сопряженную с
и функцию комплексного переменною
. В точке
которая является полюсом функции Грина, функция
будет иметь логарифмическую особенность, а именно, в окрестности той точки она может быть представлена в виде суммы
и слагаемого, регулярного в этой точке. Но, кроме того, при обходе по замкнутому контуру вокруг h функция
будет приобретать некоторое чисто мнимое слагаемое
а функция
будет приобретать множитель
, по модулю равный единице. Кроме того, эта последняя функция будет иметь в точке
простой корень, а на контурах U и h ее модуль будет равняться единице, так как на этих контурах функция Грина
обращается в нуль. Таким образом, построение функции Грина сводится к построению такой аналитической функции
которая имеет внутри мноюсвязной области В однозначный модуль, равный единице на контуре области, и точку
имеет единственным простым корнем.
В качестве примера рассмотрим случай кольца, ограниченного двумя концентрическими окружностями. Примем центр этих окружностей за начало и будем считать, что радиусы этих окружностей равны.
где
Этого всегда можно достигнуть при помощи подходящим образом выбранного преобразования подобия. Введем вместо z новую переменную v по формуле
и рассмотрим наряду с h чисто мнимое число
определенное формулой
. Упомянутому выше кольцу соответствует на плоскости v часть полосы, образованной прямыми
параллельными вещественной оси, и ограниченной двумя прямыми, параллельными мнимой оси, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном двум
Функция
как функция от v должна быть аналитической функцией во всей упомянутой полосе. Переход от и к
равносилен обходу вокруг начала в кольце, и при этом
должна приобретать множитель, по модулю равный единице. На границах
полосы должно быть выполнено условие
и если
есть полюс функции Грина в плоскости z, то функция
как функция от v должна иметь простые корни в точках
, определяемых равенством
. Этими точками и должны исчерпываться все корни
внутри полосы. Мы можем считать а вещественным положительным числом. Этого всегда можно достигнуть простым поворотом кольца вокруг начала Нетрудно проверить, что функция
будет удовлетворять всем поставленным выше условиям. В написанной формуле
суть функции, определенные нами в
и буквой Р мы обозначили для определенности чисто мнимое решение уравнения
Для проверки всех свойств функции
нам надо использо вать таблицы (109) и (110) из [III; 178], а также тот факт, что при вещественных h функции
имеют мнимые сопряженные значения для мнимых сопряженных значений v. Имея функцию
мы получим функцию Грина по формуле