точек), комплексная кривая степени 3 топологически устроена как поверхность тора, проколотая в трех местах

Самый простой способ в этом убедиться - получить неособую кривую небольшим шевелением из набора п прямых. Начнем, скажем, с п вещественных прямых, расположенных общим образом на плоскости и потому пересекающихся вл(л - 1)/2 точках (рис. 75),

Рис. 75. Риманова поверхность плоской алгебраической кривой

Каждая прямая задается линейным неоднородным уравнением вида / = 0, где I = ах + Ьу + с. Перемножим соответствующие п прямым линейные функции I. Произведение обращается в нуль в точ* ности на п прямых. Замена распадающейся на прямые кривой / =* = 0 на неособую кривую / = (малое число) и есть нужное шевеление.

При переходе к комплексным х и у каждая прямая становится в вещественном смысле плоскостью, так что кривая / => 0 превращается при комплексификации в набор п плоскостей. Каждые Явв такие плоскости в четырехмерном пространстве пересекаются по точке (ведь точки при комплексификации так и остаются точками). При описанном выше шевелении поверхность становится гладкой. Сглаживание устроено так: окрестность точки пересечения на каждой из обеих пересекающихся плоскостей выкидывается и 8а-тем две образовавшихся окружности склеиваются друг с другом (так, чтобы получилась ориентируемая поверхность).

Например, из трех попарно пересекающихся по точке сфер при сглаживании трех точек пересечения получается тор (рис. 75). Точно так же из п сфер получается сфера с (п - 1) (п - 2)/2 ручками, а из п плоскостей - сфера со столькими же ручками без п точек.

Тем самым мы решили вадачу о топологическом строении неособой комплексной алгебраической кривой степени п (сфера с ручками, возникшая в этой конструкции, называется римановой поверхностью кривой)*).

Что же касается топологического строения вещественной кривой степени п, то оно до сих пор известно лишь для кривых малой степени (неизвестно уже, как могут располагаться ветви кривой степени 8 на плоскости).

*) Между прочим, из топологических свойств тора (а именно из того, что пара меридианов делит тор на две части) следует, что периоды колебаний с одинаковой полной энергией в обеих ямах механической системы с потенциальной энергией четвертой степени одинаковы (на торической римановой поверхности множества уровня энергии - фазовые кривые обеих ям - разные меридианы).

Подобно теории кривых, теория особенностей также упрощается при переходе в комплексную область; многие явления, кажущиеся с вещественной точки зрения совершенно загадочными, в комплексной области получают прозрачное объясневие.

Рассмотрим, например, строение простейших критических точек комплексных функций (т. е. комплексифп-кацию теории максимумов и минимумов).

Для вещественной функции критические точки связаны с перестройками линий или поверхностей уровня. Например, вещественная линия уровня х2 + у2 = с функции / - х2 + у2 пуста при с<0и является окружностью при с > 0. Для функции х2 - у2 перестройка иная: асимптоты гиперболы хг - у2 -с по-разному соединены ветвями этой гиперболы в зависимости от знака с. В этих примерах единственное критическое значение с - 0. Многообразия критического уровня - негладкие, некритического - гладкие.

В комплексном случае ось значений функции становится плоскостью комплексного переменного с. Критические значения лежат в этой плоскости изолированно и не делят ее на части. Поэтому многообразия уровня с при всех некритических значениях с устроены топологически одинаково. Если с, изменяясь, проходит через критическое значение, то никакой перестройки не происходит: многообразие уровня, правда, становится особым в момент прохождения с через критическое значений, но затем мгновенно возвращается в первоначальное состояние.

В комплексном случае вместо того, чтобы проходить через критическое значение, нужно обходить вокруг него (проявление общего принципа, согласно которому комплексным аналогом вещественного понятия край является разветвленное накрытие ).

Итак, рассмотрим на плоскости комплексного переменного с путь, обходящий критическое значение.

Каждой точке этого пути отвечает веособое многообразие уровня, / = с. При непрерывном измепении с многообразие уровня непрерывно меняется, оставаясь топологически таким же.

Иными словами, мы можем сопоставить каждой точке начального многообразия уровня близкую точку близкого многообразия уровня так, что получится взаимно-однозначное взаимно-непрерывное соответствие между обоими многообразиями уровня. Таким образом, мы получаем

отождествление исходного многообразия уровня с многообразием близкого уровня с.

При непрерывном изменении с это отождествление непрерывно меняется, и в конце концов, когда с возвращается к исходному положению, мы получаем отождествление исходного многообразия уровня с самим собой. Это отождествление называется монодромией.

Итак, монодромия есть взаимно-однозначное и взаимно-непрерывное отображение многообразия неособого уровня на самого себя. Оказывается, это отображение - вовсе не тождественное преобразование: когда с делает полный оборот вокруг критического значения, возвращается на место лишь многообразие уровня с, а вовсе не его отдельные точки *).

Чтобы понять, что происходит при монодромии с точ~ нами многообразия пеособого уровня, рассмотрим пример-

/ (х, у) = хг + у2.

Изучим прежде всего многообразие неособого уровня х- + У2 = с, с Ф 0. В вещественном случае это уравнение определяет окружность, нас же интересует комплексная окружность - множество точек (х, у) плоскости двух комплексных переменных, сумма квадратов (комплекс-пых) координат которых имеет фиксированное значение.

Мы уже знаем, что эта поверхность топологически устроена как цилиндр в четырехмерном пространстве.

Оказывается, монодромия поворачивает каждую из составляющих цилиндр окружностей на свой угол, меняющийся непрерывно от нуля на одном основании до 2л на другом. Таким образом, оба края цилиндра поточечно остаются на месте, в то время как поверхность перекручивается на нелый оборот, так что, например, образующая цилиндра

Рис. Дена

76. Скручивание монодромия функции я2 + у2

*) Ситуация здесь в точности такая же, как с листом Мёбиуса. При непрерывном обходе вдоль осевой окружности листа Мёбиуса мы можем непрерывно отождествлять поперечные ей отрезки. Но г.огда мы впервые вернемся к исходному отрезку, полученное отождествление этого отрезка с самим собой будет менять местами его концы.