这个之前写复变函数作业遇到过。下面做的是上半平面 的情形。
令 ,则 ,且
。
设 ,上面等价于
。
当 时, 。所以 。下面考虑其他情况。令
,
则上面的参数方程可以化为 。由 的表达式知道 。另外,由 知 。所以可以把值域表示为半椭圆族:
我们证明 就是上半平面。(同理另一个是下半平面)
任取上半平面的点 。关于 的方程组
消去 得到 。设左边函数为 ,则
。
由介值性知道存在实数 使得 ,令 ,则这是方程组的一组解。从而
。
也就是说上半平面任何点都属于某一个这样的上半椭圆;而这些上半椭圆每一个都在上半平面内。所以 就是上半平面。同理 就是下半平面。
综上所述,我们把三个结果合并得到
。
这题目用分式线性变换的知识应该更好,但是我不太记得那些。。这个可能有种“高中生友好方法”的感觉。