ABSCHNITT III. - FOLGERUNGEN.

§. 19. Ueber die Moduln algebraischer Gleichungen.

Es gibt einen wichtigen Punct, in welchem die Riemann’sche Theorie der

algebraischen Functionen nicht nur der Methode sondern auch dem Resultate

nach über die sonst üblichen Darstellungen dieser Theorie hinausgreift.

Sie besagt nämlich _dass zu jeder über der __z__-Ebene ausgebreiteten,

graphisch gegebenen mehrblättrigen Fläche zugehörige algebraische

Functionen construirt werden können_,--wobei man beachten mag, dass diese

Functionen, sofern sie überhaupt existiren, in hohem Maasse willkürlich

sind, da [formula] im Allgemeinen gerade so verzweigt ist, wie _w_.--Der

genannte Satz ist um so merkwürdiger, als er eine Angabe über eine

interessante Gleichung höheren Grades implicirt. Sind nämlich die

Verzweigungspuncte einer _m_-blättrigen Fläche gegeben, so existiren noch

eine endliche Zahl von wesentlich verschiedenen Möglichkeiten, dieselben

in die _m_-Blätter einzuordnen: man wird diese Zahl durch Betrachtungen

auffinden können, die der reinen Analysis situs angehören(36). Aber

dieselbe Zahl hat unserem Satze zufolge ihre algebraische Bedeutung. Man

bezeichne, wie es Riemann thut, alle solche algebraischen Functionen von

_z_ als derselben Classe angehörig, die sich, unter Benutzung von _z_,

rational durch einander ausdrücken lassen. _Dann ist unsere_(_37_)_ Zahl

die Anzahl der verschiedenen__ Classen algebraischer Functionen, welche in

Bezug auf __z__ die gegebenen Verzweigungswerthe besitzen._

Ich wünsche im gegenwärtigen und im folgenden Paragraphen verschiedene

Folgerungen zu ziehen, die sich aus dem vorausgeschickten Satze gewinnen

lassen, und zwar mag zunächst die Frage nach den _Moduln_ der

algebraischen Functionen behandelt werden, d. h. die Frage nach denjenigen

Constanten, welche bei eindeutiger Transformation der Gleichungen

[formula] die Rolle der Invarianten spielen.

Sei zu diesem Zwecke [formula] eine zunächst unbekannte Zahl, welche

angibt, wie vielfach unendlich oft eine Fläche sich eindeutig in sich

transformiren, d. h. conform auf sich selber abbilden lässt. Sodann

erinnere man sich an die Anzahl der Constanten in den eindeutigen

Functionen auf gegebener Fläche (§. 13). Es gab im Allgemeinen [formula]

eindeutige Functionen mit _m_ Unendlichkeitspuncten, und diese Zahl war

jedenfalls genau richtig (wie ohne Beweis angegeben wurde), wenn [formula]

war. Nun bildet jede dieser Functionen die gegebene Fläche auf eine

_m_-blättrige Fläche über der Ebene eindeutig ab. _Daher ist die

Gesammtheit der __m__-blättrigen Flächen, auf welche man eine gegebene

Fläche conform eindeutig beziehen kann, und also auch der __m__-blättrigen

Flächen, die man einer Gleichung _[formula]_ durch eindeutige

Transformation zuordnen kann, _[formula]_ fach._ Denn jedesmal [formula]

Abbildungen ergeben dieselbe _m_-blättrige Fläche, weil jede Fläche der

Voraussetzung nach [formula] mal auf sich selber abgebildet werden kann.

Nun gibt es aber überhaupt [formula] _m_-blättrige Flächen, unter _w_ die

Zahl der Verzweigungspuncte, d. h. [formula] verstanden. Denn durch die

Verzweigungspuncte wird die Fläche, wie oben bemerkt, endlich-deutig

bestimmt, und Verzweigungspunkte höherer Multiplicität entstehen durch

Zusammenrücken einfacher Verzweigungspuncte, wie dieses betreffs der

entsprechenden Kreuzungspuncte bereits in §. 1 erläutert wurde (vergl.

Figur (2) und (3) daselbst). Zu jeder dieser Flächen gehören, wie wir

wissen, algebraische Functionen. _Die Anzahl der Moduln ist daher

_[formula]_._

Bemerken wir hierzu, dass die Gesammtheit der _m_-blättrigen Flächen mit

_w_ Verzweigungspuncten ein _Continuum_ bildet(38), wie das Entsprechende

betreffs der auf gegebener Fläche existirenden eindeutigen Functionen mit

_m_ Unendlichkeitspuncten bereits in §. 13 hervorgehoben wurde. Wir

schliessen dann, _dass die algebraischen Gleichungen eines gegebenen __p__

ebenfalls eine einzige zusammenhängende Mannigfaltigkeit constituiren_

(wobei wir alle Gleichungen, die aus einander durch eindeutige

Transformation hervorgehen, als ein Individuum erachten). Hierdurch erst

gewinnt die angegebene Zahl der Moduln ihre präcise Bedeutung: _sie ist

die Zahl der Dimensionen dieser zusammenhängenden Mannigfaltigkeit_.

Es kommt jetzt noch darauf an, die Zahl [formula] zu bestimmen. Diess

geschieht durch folgende Sätze:

1. _Jede Gleichung _[formula]_ kann _[formula]_ mal eindeutig in sich,

selbst transformirt werden_. Denn auf der zugehörigen Riemann’schen Fläche

existiren eindeutige Functionen mit nur je einem Unendlichkeitspunct in

dreifach unendlicher Zahl (§. 13), von denen man, um eine eindeutige

Transformation der Fläche in sich zu haben, nur irgend zwei entsprechend

zu setzen hat.--Des Näheren stellt sich die Sache so. Heisst eine der

genannten Functionen _z_, so sind alle anderen (nach §. 16) algebraische

eindeutige, d. h. rationale Functionen von _z_, und, da das Verhältniss

umkehrbar sein muss, _lineare_ Functionen von _z_. Umgekehrt ist auch jede

lineare Function von _z_ eine eindeutige Function des Ortes in unserer

Fläche, mit nur einem Unendlichkeitspuncte. Daher wird man die

allgemeinste eindeutige Transformation der Gleichung in sich bekommen,

wenn man jedem Puncte _z_ der Riemann’schen Fläche einen anderen durch die

Formel zuordnet:

[formula]

unter [formula] beliebige Constante verstanden.

2) _Jede Gleichung _[formula]_ kann einfach unendlich oft eindeutig in

sich transformirt werden_. Zum Beweise betrachte man das zugehörige

überall endliche Integral _W_ und insbesondere die Abbildung, welche von

der zweckmässig zerschnittenen Riemann’schen Fläche in der Ebene _W_

entworfen wird. Wir haben dies in einem besonderen Falle bereits gethan

(§. 15, Figur (38)); eine genaue Ausführung im allgemeinen Falle wird um

so weniger nöthig sein, als es sich um Betrachtungen handelt, die in der

Theorie der elliptischen Functionen ausführlich entwickelt zu werden

pflegen. Das Resultat ist, dass zu jedem Werthe von _W_ _ein_ Punct und

nur ein Punct der betreffenden Riemann’schen Fläche gehört, während sich

die unendlich vielen Werthe von _W_, die demselben Punkte der

Riemann’schen Fläche entsprechen, aus einem derselben in der Form

zusammensetzen: [formula], unter [formula], [formula] beliebige ganze

Zahlen, unter [formula], [formula] die beiden Perioden des Integrals

verstanden. Bei eindeutiger Umformung wird jedem Puncte _W_ ein Punct

[formula] in der Weise zugeordnet werden müssen, dass jeder Vermehrung von

_W_ um Perioden eine solche von [formula] entspricht, und umgekehrt. Diess

gelingt in der That, aber im Allgemeinen nur in der Weise, dass man

[formula]

setzt. Nur im besonderen Falle (wenn das Periodenverhältniss [formula]

bestimmte zahlentheoretische Eigenschaften hat) kann [formula] auch gleich

[formula], oder [formula] gesetzt werden (unter [formula] eine dritte

Einheitswurzel verstanden)(39). Wie dem auch sei, wir haben in jedem Falle

in den Transformationsformeln nur eine willkürliche Constante und also den

wechselnden Werthen derselben entsprechend in der That einfach unendlich

viele Transformationen, wie behauptet wurde.

3) _Gleichungen _[formula]_ können niemals unendlich oft eindeutig in sich

transformirt werden._(_40_)

Ich verweise, was den analytischen Beweis dieser Behauptung angeht, auf

die Darstellungen von _Schwarz_ (Borchardt’s Journal Bd. 87) und _Hettner_

(Göttinger Nachrichten, 1880, p. 386). Auf anschauungsmässigem Wege kann

man sich die Richtigkeit der Behauptung folgendermassen verständlich

machen. Sollte es unendlich viele eindeutige Transformationen der

Gleichung in sich geben, so müsste es möglich sein, die zugehörige

Riemann’sche Fläche derart continuirlich über sich hin zu _verschieben_,

dass jede kleinste Figur mit sich selbst ähnlich bleibt. Die Curven, längs

deren eine solche Verschiebung vor sich ginge, müssten die Fläche

jedenfalls vollständig und zugleich einfach überdecken. Ein

_Kreuzungspunct_ dürfte in diesem Curvensysteme offenbar nicht vorhanden

sein. Man müsste einen solchen Punct nämlich, damit keine Vieldeutigkeit

der Transformation eintritt, als festbleibenden Punct betrachten und also

die Geschwindigkeit der Verschiebung in ihm gleich Null setzen. Dann aber

würde eine kleine Figur, welche bei der Verschiebung auf den

Kreuzungspunct zu rückt, im Sinne der Bewegung nothwendig

zusammengedrückt, senkrecht dazu auseinandergezogen werden; sie könnte

also nicht mit sich selbst ähnlich bleiben, wie es doch durch den Begriff

der conformen Abbildung verlangt wird.--Andererseits müssen aber in jedem

Curvensysteme, das eine Fläche [formula] vollständig und einfach

überdeckt, nothwendig Kreuzungspuncte vorhanden sein. Diess ist derselbe

Satz, den wir, in etwas weniger allgemeiner Form, in §. 11 aufgestellt

haben.--Die ganze Verschiebung der Fläche in sich ist also unmöglich, was

zu beweisen war.

Nach diesen Sätzen ist [formula] für [formula], gleich 1 für [formula],

und gleich Null für alle grösseren _p_. _Die Zahl der Moduln ist also für

_[formula]_ gleich Null, für _[formula]_ gleich Eins, für grössere __p__

gleich _[formula].

Es wird gut sein, noch folgende Bemerkungen hinzuzufügen. Um den Punct

eines Raumes von [formula] Dimensionen zu bestimmen, wird man im

Allgemeinen mit [formula] Grössen nicht ausreichen: man wird mehr Grössen

benöthigen, zwischen denen dann algebraische (oder auch transcendente)

Relationen bestehen. Ausserdem mag es aber auch sein, dass man

zweckmässigerweise Bestimmungsstücke einführt, von denen jedesmal

verschiedene Serien denselben Punct der Mannigfaltigkeit bezeichnen.

Welche Verhältnisse bei den [formula] Moduln, die bei [formula] existiren

müssen, in dieser Hinsicht vorliegen, ist nur erst wenig erforscht.

Dagegen ist der Fall [formula] aus der Theorie der elliptischen Functionen

genau bekannt. Ich erwähne die auf ihn bezüglichen Resultate, um mich im

Folgenden bei aller Kürze doch präcise ausdrücken zu können. Sei vor allen

Dingen hervorgehoben, dass für [formula] das algebraische Individuum (um

diesen oben gebrauchten Ausdruck noch einmal zu verwenden) in der That

durch eine (und nur eine) Grösse charakterisirt werden kann: _die absolute

Invariante_ [formula](41). Wenn im Folgenden gesagt wird, dass zur

Ueberführbarkeit zweier Gleichungen [formula] in einander die Gleichheit

des Moduls nicht nur hinreichend, sondern auch erforderlich sei, so ist

stets an die Invariante _J_ gedacht. Statt ihrer verwendet man, wie

bekannt, gewöhnlich das _Legendre_’sche [formula], welches bei gegebenem

_J_ sechswerthig ist, so dass bei der Formulirung allgemeiner Sätze eine

gewisse Schwerfälligkeit unvermeidbar scheint. In noch höherem Maasse ist

dies der Fall, wenn man das Periodenverhältniss [formula] des elliptischen

Integrals erster Gattung, wie dies in anderer Beziehung vielfach

zweckmässig ist, als Modul einführt. Jedesmal unendlich viele Werthe des

Moduls bezeichnen dann dasselbe algebraische Individuum.

§. 20. Conforme Abbildung geschlossener Flächen auf sich selbst.

In den nun noch folgenden Paragraphen mögen die entwickelten Principien,

wie in Aussicht gestellt, nach der geometrischen Seite verfolgt werden, um

wenigstens die Grundzüge für eine Theorie _der conformen Abbildung_ von

Flächen auf einander zu gewinnen(42) und so den Andeutungen zu

entsprechen, mit denen Riemann, wie bereits in der Vorrede bemerkt, seine

Dissertation abschloss. Ich werde mich dabei, was die Fälle [formula] und

[formula] angeht, um nicht zu weitläufig zu werden, vielfach auf eine

blosse Angabe der Resultate oder eine Andeutung ihres Beweises beschränken

müssen.

Indem wir uns zuvörderst nach conformen Abbildungen einer geschlossenen

Fläche auf sich selbst fragen, haben wir eine Unterscheidung einzuführen,

von der bislang noch nicht die Rede war: _die Abbildung kann ohne Umlegung

der Winkel geschehen oder mit Umlegung derselben_. Wir haben eine

Abbildung der einen Art, wenn wir eine Kugel durch Drehung um den

Mittelpunct mit sich selbst zur Deckung bringen; wir bekommen die zweite

Art, wenn wir zu demselben Zwecke eine Spiegelung an einer Diametralebene

verwenden. Die analytische Behandlung, wie wir sie bisher benutzten,

entspricht nur den Abbildungen der ersten Art. Sind [formula] und

[formula] zwei complexe Functionen des Ortes auf derselben Fläche, so

liefert [formula], [formula] die allgemeinste Abbildung erster Art (vergl.

§. 6). Aber es ist leicht zu sehen, wie man die Erweiterung zu treffen

hat, um auch Abbildungen zweiter Art zu umfassen. _Man hat einfach

_[formula]_, _[formula]_ zu setzen, um eine Abbildung zweiter Art zu

haben_.

Entnehmen wir zunächst den Entwickelungen des vorigen Paragraphen, was

sich auf Abbildung der ersten Art bezieht. Indem wir uns möglichst

geometrischer Ausdrucksweise bedienen, formuliren wir die folgenden

Theoreme:

_Flächen _[formula]_ oder _[formula]_ können immer, Flächen _[formula]_

niemals unendlich oft durch Abbildung der ersten Art in sich übergeführt

werden._

_Bei den Flächen _[formula]_ ist die einzelne Abbildung der ersten Art

bestimmt, wenn man drei beliebige Puncte der Fläche drei beliebigen

Puncten derselben zugeordnet hat._

_Ist _[formula]_, so darf man einen beliebigen Punct der Fläche einem

zweiten nach Willkür zuweisen, und hat dann noch zur Bestimmung der

Abbildung erster Art im Allgemeinen eine zweifache, im besonderen Falle

eine vierfache oder sechsfache Möglichkeit._

Mit diesen Sätzen ist natürlich nicht ausgeschlossen, dass besondere

Flächen [formula] durch _getrennte_ Transformationen der ersten Art in

sich übergehen mögen. Tritt diess ein, so bildet es eine bei beliebiger

conformen Umänderung der Fläche invariante Eigenschaft, nach deren

Vorhandensein und Modalität besonders interessante Flächenclassen aus der

Gesammtheit der übrigen herausgehoben werden können.(43) Doch verfolgen

wir hier diesen Gesichtspunct nicht weiter.

Betreffs der Transformationen zweiter Art mögen wir voranstellen, _dass

jede Transformation der zweiten Art in Verbindung mit einer solchen der

ersten Art eine neue Transformation der zweiten Art ergibt_. Nun kennen

wir bei den Flächen [formula] und [formula] die Transformationen erster

Art auf Grund der angegebenen Sätze vollständig. Es wird bei ihnen also

genügen, zu untersuchen, ob überhaupt _eine_ Transformation der zweiten

Art existirt. _Bei den Flächen _[formula]_ ist diess sofort zu bejahen_.

Denn es genügt, eine beliebige der eindeutigen Functionen des Ortes mit

nur einem Unendlichkeitspuncte, [formula], herauszugreifen, und dann

[formula], [formula] zu setzen. Bei den Flächen [formula] ist die Sache

anders. _Man findet, dass im Allgemeinen keine Transformation der zweiten

Art existirt_. Zum Beweise ist es am einfachsten, die Werthe in Betracht

zu ziehen, welche das überall endliche Integral _W_ auf der Fläche

[formula] annimmt. Man denke sich in der Ebene _W_ die Puncte [formula]

markirt, unter [formula] wie oben beliebige positive oder negative ganze

Zahlen verstanden. Man zeigt dann leicht, dass eine Transformation der

zweiten Art der Fläche [formula] in sich nur dann möglich ist, wenn dieses

Punctsystem eine Symmetrieaxe besitzt. Es ist diess gerade _der_ Fall, in

welchem die oben definirte absolute Invariante _J_ einen _reellen_ Werth

aufweist. Je nachdem dabei [formula] oder [formula], können jene Puncte in

der _W_-Ebene als die Ecken eines _rhombischen_ oder eines _rechteckigen_

Systems betrachtet werden.

Sei nun [formula]. Wenn für eine solche Fläche eine Transformation der

zweiten Art existirt, so wird dieselbe im Allgemeinen von keiner weiteren

Transformation derselben Art begleitet sein(44). Denn sonst würde die

Wiederholung oder Combination dieser Transformationen eine von der

Identität verschiedene Transformation der ersten Art liefern. Die

Transformation muss daher nothwendig eine _symmetrische_ sein, d. h. eine

solche, welche die Puncte der Fläche _paarweise_ zusammenordnet. Ich will

dementsprechend die Fläche selbst eine _symmetrische_ nennen.

Uebrigens mögen hinterher unter diesem Namen überhaupt alle Flächen mit

einbegriffen sein, welche Transformationen zweiter Art in sich zulassen,

die zweimal angewandt zur Identität zurückführen. Es gehören dahin, wie

man sofort sieht, die Flächen [formula], sowie auch sämmtliche Flächen

[formula] mit reeller Invariante.

§. 21. Besondere Betrachtung der symmetrischen Flächen.

Für die symmetrischen Flächen, auf die wir hier unser besonderes Augenmerk

richten wollen, ergibt sich sofort eine Eintheilung nach der Zahl und Art

der auf ihr befindlichen _Uebergangscurven_, d. h. derjenigen Curven,

deren Puncte bei der in Betracht kommenden symmetrischen Umformung

ungeändert bleiben.

_Die Zahl dieser Curven kann jedenfalls nicht grösser sein, als

_[formula]. Denn wenn man eine Fläche längs aller ihrer Uebergangscurven

mit Ausnahme einer einzigen zerschneidet, so bildet sie, indem ihre

symmetrischen Hälften noch immer in der einen Uebergangscurve

zusammenhängen, nach wie vor ein ungetrenntes Ganze. Es würden sich also,

wenn mehr als [formula] Uebergangscurven vorhanden wären, auf der Fläche

mehr als _p_ nicht zerstückende Rückkehrschnitte ausführen lassen, was ein

Widerspruch gegen die Definition der Zahl _p_ ist.

_Dagegen ist unterhalb dieser Gränze jede Zahl von Uebergangscurven

möglich_. Es mag hier genügen, in diesem Sinne die Fälle [formula] und

[formula] zu discutiren; für die höheren _p_ ergeben sich dann von selbst

naheliegen de Beispiele.

1) Wenn wir eine Kugel durch Spiegelung an einer Diametralebene mit sich

zur Deckung bringen, so bildet der grösste Kreis, in welchem sie von der

Diametralebene geschnitten wird, eine Uebergangscurve. Wir erhalten eine

Zuordnung der anderen Art indem wir je zwei solche Puncte der Kugel

entsprechend setzen, welche die Endpuncte eines Durchmessers bilden. Beide

Beispiele sind leicht zu generalisiren. Die analytische Darstellung ist

diese. Wenn eine Uebergangscurve existirt, so gibt es eindeutige

Functionen des Ortes mit nur einem Unendlichkeitspuncte, die auf der

Uebergangscurve reelle Werthe annehmen. Heisst eine derselben [formula],

so ist die Umformung, wie oben schon als Beispiel angegeben, durch

[formula], [formula] gegeben.--Im zweiten Falle kann man eine Function

[formula] so wählen, dass ihre Werthe [formula] und _0_, sowie [formula]

und [formula] zusammengeordnete Puncte vorstellen. Dann ist

[formula]

die analytische Formel der betreffenden Umänderung.

2) Im Falle [formula] müssen wir die Invariante _J_, wie wir wissen,

jedenfalls reell nehmen. Sei dieselbe zunächst [formula]. Dann können wir

das zugehörige überall endliche Integral _W_ (durch Zufügung eines

geigneten constanten Factors) so normiren, dass die eine Periode _reell_,

gleich _a_, die andere _rein imaginär_, gleich [formula], wird. Setzen wir

dann (für [formula]):

[formula]

so haben wir eine symmetrische Umformung der Fläche [formula] mit den

_zwei_ Uebergangscurven:

[formula]

schreiben wir dagegen:

[formula]

was wieder eine symmetrische Umformung unserer Fläche ist, so haben wir

den Fall, in welchem _keine_ Uebergangscurve entsteht.--Der Fall mit nur

_einer_ Uebergangscurve tritt ein, wenn wir [formula] nehmen. Wir können

dann _W_ so wählen, dass seine beiden Perioden conjugirt complex werden.

Wir schreiben dann wieder

[formula]

und haben eine symmetrische Umformung mit der einen Uebergangscurve

[formula].

Neben die hiermit erläuterte erste Unterscheidung der symmetrischen

Flächen nach der _Zahl_ der Uebergangscurven stellt sich aber noch eine

zweite. Ich will die Fälle von _0_ oder [formula] Uebergangscurven einen

Augenblick ausschliessen. Dann bietet sich von vorneherein eine doppelte

Möglichkeit. _Eine Zerschneidung der Fläche längs sämmtlicher

Uebergangscurven mag nämlich entweder ein Zerfallen der Fläche

herbeiführen, oder nicht._ Es sei [formula] die Zahl der Uebergangscurven.

Man zeigt dann leicht, dass [formula] ungerade sein muss, wenn ein

Zerfallen eintreten soll. Eine weitere Beschränkung existirt nicht, wie

man an Beispielen beweist. Wir wollen dementsprechend symmetrische Flächen

_der einen und der andern Art_ unterscheiden und den ersteren (den

zerfallenden) Flächen die Fläche mit [formula] Uebergangscurven, den

letzteren die Fläche ohne Uebergangscurve zurechnen.

Diese Sätze besitzen eine gewisse Analogie mit den Resultaten, welche in

der analytischen Geometrie die gestaltliche Untersuchung der Curven von

gegebenen _p_ erzielt hat.(45) Und in der That zeigt sich, dass diese

Analogie eine begründete ist. Die analytische Geometrie beschäftigt sich

bei jenen Untersuchungen (zunächst) nur mit solchen Gleichungen

[formula]

welche reelle Coefficienten besitzen. Beachten wir zunächst, dass jede

solche Gleichung über der _z_-Ebene in der That eine symmetrische

Riemann’sche Fläche bestimmt, insofern ja die Gleichung und also auch die

Fläche ungeändert bestehen bleibt, wenn man _w_ und _z_ gleichzeitig durch

ihre conjugirten Werthe ersetzt--und dass die Uebergangscurven auf dieser

Fläche den _reellen_ Werthereihen von _w_ und _z_ entsprechen, welche

[formula] befriedigen, d. h. genau den verschiedenen Zügen, welche die

Curve [formula] im Sinne der analytischen Geometrie aufweist.

Aber auch der Rückschluss ist leicht zu machen. Sei eine symmetrische

Fläche und auf ihr eine beliebige complexe Function des Ortes, [formula],

gegeben. Bei der symmetrischen Umformung erfährt unsere Fläche _eine

Umlegung der Winkel_. Wenn man also jedem Puncte der Fläche solche Werthe

[formula], [formula] beilegt, wie sie, unter der Benennung _u_, _v_, sein

symmetrischer Punct aufweist, so wird [formula] eine neue complexe

Function des Ortes sein. Man bilde nun:

[formula]

so hat man einen Ausdruck, der im allgemeinen nicht identisch

verschwindet; es genügt zu dem Zwecke, die Unendlichkeitspuncte von

[formula] in unsymmetrischer Weise anzunehmen. _Man hat also eine complexe

Function des Ortes, welche in symmetrisch gelegenen Puncten gleiche reelle

aber entgegengesetzt gleiche imaginäre Werthe aufweist._--Solcher

[formula] mögen nun irgend zwei: _W_ und _Z_, die überdiess _eindeutige_

Functionen des Ortes sein sollen, herausgegriffen werden. Die zwischen

diesen bestehende algebraische Gleichung hat dann die Eigenschaft,

ungeändert zu bleiben, wenn man _W_ und _Z_ gleichzeitig durch ihre

conjugirten Werthe ersetzt. _Sie ist also eine Gleichung mit reellen

Coefficienten,_ womit der geforderte Beweis in der That erbracht ist.

Ich knüpfe an diese Ueberlegungen noch Bemerkungen üher die _reellen_

eindeutigen Transformationen _reeller_ Gleichungen [formula] in sich,

oder, was dasselbe ist, über solche conforme Abbildungen erster Art

symmetrischer Flächen auf sich selbst, bei denen symmetrische Puncte

wieder in symmetrische Puncte übergehen. In unendlicher Zahl können solche

Transformationen nach dem allgemeinen Satze des §. 19 nur für [formula]

und [formula] auftreten; wir beschränken uns also auf diese Fälle. Nehmen

wir zuvörderst [formula]. Dann sehen wir sofort, dass unter den früher

aufgestellten Transformationen nur noch diejenigen

[formula]

in Betracht kommen, _bei denen_ _C_ _eine reelle Constante bedeutet._

Analog in dem ersten Falle [formula]. Die Beziehung [formula] bleibt

ungeändert, wenn man [formula] und [formula] gleichzeitig derselben

linearen Transformation:

[formula]

unterwirft, _wo die Verhältnissgrössen _[formula]_ reell sind_. In dem

zweiten Falle [formula] ist die Sache etwas complicirter. _Auch bei ihm

sind lineare Transformationen mit drei reellen Parametern möglich._

Dieselben nehmen aber für das oben eingeführte _z_ die folgende Gestalt

an:

[formula]

wo [formula] die drei reellen Parameter vorstellen. Dieses Resultat ist

implicite in den Untersuchungen enthalten, die sich auf die analytische

Repräsentation der Drehungen der [formula]-Kugel um ihren Mittelpunct

beziehen.(46)

§ 22. Conforme Abbildung verschiedener Flächen auf einander.

Wenn es sich jetzt darum handelt, verschiedene geschlossene Flächen auf

einander abzubilden, so liefern die vorausgeschickten Untersuchungen über

die conforme Abbildung geschlossener Flächen auf sich selbst die nöthigen

Nebenbestimmungen, welche angeben, wie oft sich eine solche Abbildung

gestaltet, sofern eine solche überhaupt möglich ist. Flächen, welche sich

conform aufeinander abbilden lassen, besitzen jedenfalls (wie schon

hervorgehoben) übereinstimmende Transformationen in sich selbst. Man

erhält also alle Abbildungen der einen Fläche auf die zweite, wenn man

eine beliebige Abbildung mit allen solchen verbindet, welche _eine_ der

beiden Flächen in sich selbst überführen. Ich werde hierauf nicht weiter

zurückkommen.

Betrachten wir nun zuvörderst allgemeine, d. h. nicht symmetrische

Flächen. Dann treten die Abzählungen des §. 19 betreffs der Moduln

algebraischer Gleichungen unmittelbar in Geltung. Wir haben zunächst:

_Flächen _[formula]_ lassen sich immer conform auf einander abbilden;_ und

finden übrigens, dass die Flächen [formula] _einen_, die Flächen [formula]

[formula] bei conformer Abbildung unzerstörbare Moduln besitzen. Jeder

solche Modul ist im Allgemeinen eine _complexe_ Constante. Dem Umstande

entsprechend, dass bei symmetrischen Flächen reelle Parameter in Betracht

gezogen werden müssen, wollen wir ihn in seinen reellen und seinen

imaginären Bestandtheil zerlegt denken. Dann haben wir:

_Sollen zwei Flächen _[formula]_ auf einander abbildbar sein, so sind im

Falle _[formula]_ zwei, im Falle _[formula]_ _[formula]_ Gleichungen

zwischen den reellen Constanten der Flächen zu erfüllen._

Indem wir uns jetzt zu den _symmetrischen_ Flächen wenden, haben wir noch

eine kleine Zwischenbetrachtung zu machen. Zunächst ist ersichtlich, dass

zwei solche Flächen nur dann "symmetrisch’’ auf einander bezogen werden

können, wenn sie neben dem gleichen _p_ dieselbe Zahl [formula] der

Uebergangscurven darbieten und überdiess beide entweder der ersten oder

der zweiten Art angehören. Im Uebrigen wiederhole man speciell für die

symmetrischen Flächen die Abzählungen des §. 13 betreffs der Zahl der in

eindeutigen Functionen enthaltenen Constanten unter der Bedingung, dass

nur solche Functionen in Betracht gezogen werden, welche an symmetrischen

Stellen conjugirt imaginäre Werthe aufweisen. Hiermit combinire man sodann

nach dem Muster des §. 19 die Zahl solcher über der _Z_-Ebene

construirbarer mehrblättriger Flächen, welche in Bezug auf die Axe der

reellen Zahlen symmetrisch sind. Ich will dabei, um das Auftreten

unendlich vieler Transformationen in sich zu vermeiden, zuvörderst

annehmen, dass [formula] sei. Die Sache ist dann so einfach, dass ich sie

nicht speciell durchzuführen brauche. Der Unterschied ist nur, dass die in

Betracht kommenden, früher unbeschränkten Constanten nunmehr gezwungen

sind, entweder _einzeln reell_ oder _paarweise conjugirt complex_ zu sein.

In Folge dessen reduciren sich alle Willkürlichkeiten auf die Hälfte. Wir

mögen folgendermassen sagen:

_Zur Abbildbarkeit zweier symmetrischer Flächen _[formula]_ auf einander

ist neben der Uebereinstimmung in den Attributen das Bestehen von

_[formula]_ Gleichungen zwischen den reellen Constanten der Fläche

erforderlich._

Die Fälle [formula] und [formula], welche hierbei ausgeschlossen wurden,

sind implicite bereits im vorigen Paragraphen erledigt. Selbstverständlich

müssen zwei symmetrische Flächen [formula], die sich auf einander sollen

abbilden lassen, die gleiche Invariante _J_ besitzen, was _eine_ Bedingung

für die Constanten der Flächen abgibt, insofern _J_ jedenfalls reell ist.

Im Uebrigen aber findet man sofort, dass die Abbildung sich allemal

ermöglicht, sobald die symmetrischen Flächen, wie dies selbstverständlich

verlangt werden muss, _in der Zahl der Uebergangscurven_ übereinstimmen.

§. 23. Berandete Flächen und Doppelflächen.

Auf Grund der nunmehr gewonnenen Resultate können wir den bisherigen

Untersuchungen über die Abbildung _geschlossener_ Flächen eine scheinbar

bedeutende Verallgemeinerung zu Theil werden lassen, und habe ich eben

desshalb die symmetrischen Flächen so ausführlich betrachtet. Wir können

jetzt nämlich _berandete_ Flächen und _Doppelflächen_ in Betracht ziehen

(mögen nun letztere berandet sein, oder nicht) und mit einem Schlage die

auf sie bezüglichen Fragen erledigen. Hierzu gehört, was die Einführung

der Randcurven angeht, dass wir uns von einer gewissen Beschränkung

befreien, welche wir bisher, allerdings nur implicite, vorausgesetzt

haben. Wir dachten uns die Flächen, auf denen wir operirten, bislang

durchweg als stetig gekrümmt, oder doch nur in einzelnen Puncten (den

Verzweigungspuncten) mit Unstetigkeiten behaftet. Aber nichts hindert uns,

jetzt hinterher auch andere Unstetigkeiten zuzulassen. Wir werden uns z.

B. vorstellen dürfen, dass unsere Fläche aus einer endlichen Anzahl

verschiedener (im Allgemeinen selbst gekrümmter) Stücke, welche unter

endlichen Winkeln zusammenstossen, polyederartig zusammengesetzt sei.

Können wir uns doch auf einer solchen Fläche ebensogut elektrische Ströme

verlaufend denken, wie auf einer stetig gekrümmten! Unter diese Flächen

nun lassen sich die berandeten Flächen subsumiren.(47) _Man fasse nämlich

die beiden Seiten der berandeten Fläche als Polyederflächen auf, welche

längs der Randcurve (also durchweg unter einem Winkel von 360 Grad)

zusammenstossen und behandele nunmehr statt der ursprünglichen berandeten

Fläche die aus beiden Seiten zusammengesetzte Gesammtfläche._(48) Diese

Gesammtfläche ist dann in der That eine geschlossene Fläche. Sie ist aber

überdiess eine _symmetrische_ Fläche. Denn wenn man die

übereinanderliegenden Puncte der beiden Flächenseiten vertauscht, so

erfährt die Gesammtfläche eine conforme Abbildung auf sich selbst mit

Umlegung der Winkel. Die Randcurven sind dabei die Uebergangscurven.

_Zugleich aber gewinnt unsere Eintheilung der symmetrischen Flächen in

zweierlei Arten eine wichtige und durchschlagende Bedeutung._ Die

gewöhnlichen berandeten Flächen, bei denen man zwei Flächenseiten

unterscheiden kann, entsprechen offenbar der ersten Art. Der zweiten Art

aber correspondiren die _Doppelflächen_, bei denen man von einer

Flächenseite durch continuirliches Fortschreiten über die Fläche hin zur

anderen gelangen kann. Auch der Fall ist nicht auszuschliessen (wie

bereits angedeutet), dass die Doppelfläche überhaupt keine Randcurve

besitzen mag. _Wir haben dann eine symmetrische Fläche ohne

Uebergangscurve vor uns._

Ich betrachte nunmehr der Reihe nach die verschiedenen

auseinanderzuhaltenden Fälle.

1) _Sei zuvörderst eine einfach berandete, einfach zusammenhängende Fläche

gegeben._ Eine solche Fläche erscheint für uns als eine geschlossene

Fläche [formula], welche unter Auftreten einer Uebergangscurve symmetrisch

auf sich selbst bezogen ist. Wir finden also, _dass zwei solche Flächen

sich allemal durch Abbildung der einen oder der anderen Art conform__ auf

einander beziehen lassen, und dass man dabei in jedem der beiden Fälle

noch drei reelle Constanten zur willkürlichen Verfügung hat._ Wir können

die letzteren insbesondere dazu benutzen, um einen beliebigen inneren

Punct der einen Fläche einem entsprechend gelegenen Puncte der anderen

Fläche zuzuweisen und überdiess einen beliebigen Randpunct der einen

Fläche einem beliebigen Randpuncte der anderen. Diese Bestimmungsweise

entspricht dem bekannten Satze, den Riemann betreffs der conformen

Abbildung einer einfach berandeten, einfach zusammenhängenden, _ebenen_

Fläche auf die Fläche eines Kreises gegeben und in Nro. 21 seiner

Dissertation als Beispiel für die Anwendung seiner Theorie auf Probleme

der conformen Abbildung ausführlich erläutert hat.

2) _Wir betrachten ferner Doppelflächen _[formula]_ (ohne Randcurven)._

Aus §§. 21, 22 folgt sofort, dass zwei solche Flächen allemal conform auf

einander bezogen werden können, und man dabei, den Schlussformeln des §.

21 entsprechend, noch drei reelle Constanten zu beliebiger Verfügung hat.

3) _Die verschiedenen hier in Betracht kommenden Fälle, welche eine

Gesammtfläche _[formula]_ ergeben, betrachten wir gemeinsam._ Es gehören

dahin zunächst die _zweifach berandeten, zweifach zusammenhängenden_

Flächen, also Flächen, die wir uns im einfachsten Falle als geschlossene

_Bänder_ vorstellen dürfen. Es gehören dahin ferner _die bekannten

Doppelflächen mit nur einer Randcurve_, die man erhält, wenn man die

beiden schmalen Seiten eines rechteckigen Papierstreifens zusammenbiegt,

nachdem man den Streifen um 180 Grad tordirt hat. Es gehören endlich dahin

_gewisse unberandete Doppelflächen_. Man kann sich von denselben ein Bild

machen, indem man etwa ein Stück eines Kautschukschlauches umstülpt und

nun so sich selbst durchdringen lässt, dass bei Zusammenbiegung der Enden

die Aussenseite mit der Innenseite zusammenkommt. Bezüglich aller dieser

Flächen besagen die früheren Sätze, dass die Abbildbarkeit der einzelnen

Fläche auf eine zweite derselben Art das Bestehen _einer_ aber nur einer

Gleichung zwischen den reellen Constanten der Flächen voraussetzt, dass

aber die Abbildung, wenn überhaupt, in unendlich vielen Weisen geschehen

kann, indem man ein doppeltes Vorzeichen und eine reelle Constante zu

beliebiger Verfügung hat.

4) _Wir nehmen nunmehr den allgemeinen Fall einer zweiseitigen Fläche._

Die Fläche soll [formula] Randkurven besitzen und überdiess [formula]

nicht zerstückende Rückkehrschnitte zulassen, wobei entweder [formula]

sein muss oder [formula]. Dann wird die aus Vorder- und Rückseite

gebildete Gesammtfläche [formula] nicht zerstückende Rückkehrschnitte

zulassen. Denn man kann erstens die [formula] nach Voraussetzung auf der

einfachen Flächenseite möglichen Rückkehrschnitte jetzt doppelt benutzen

(sowohl auf der Vorderseite, als der Rückseite), man kann ferner noch

längs [formula] der vorhandenen Randcurven Schnitte anbringen, ohne dass

die Gesammtfläche aufhörte, ein einziges zusammenhängendes Flächenstück zu

bilden. Wir werden also in den Sätzen des vorigen Paragraphen [formula]

setzen und haben:

_Zwei Flächen der betrachteten Art lassen sich, wenn überhaupt, nur auf

eine endliche Anzahl von Weisen auf einander abbilden. Die Abbildbarkeit

hängt von _[formula]_ Gleichungen zwischen den reellen Constanten der

Flächen ab._

5) _Wir haben endlich den allgemeinen Fall der Doppelfläche_ mit [formula]

Randcurven und _P_ auf der doppelt gedachten Fläche neben den Randcurven

möglichen Rückkehrschnitten. Indem wir die drei unter 2) und 3)

betrachteten Möglichkeiten ([formula], [formula] oder _1_, und [formula],

[formula]) bei Seite lassen, erhalten wir denselben Satz, wie unter 4),

nur dass überall statt [formula] die Summe [formula] zu schreiben ist, wo

_P_ nach Belieben eine gerade oder ungerade Zahl sein kann. _Insbesondere

beträgt die Zahl der reellen Constanten einer Doppelfläche, die bei

beliebiger conformer Abbildung ungeändert bleiben, _[formula]_._--

Unter die hiermit gewonnenen Resultate subsumiren sich die allgemeinen

Theoreme und Entwickelungen, welche Herr _Schottky_ in seiner wiederholt

citirten Abhandlung gegeben hat, als specielle Fälle.

§. 24. Schlussbemerkung.

Die Entwickelungen des nunmehr zu Ende geführten letzten Abschnitt’s

dieser Schrift sollten, wie wiederholt gesagt, den Andeutungen

entsprechen, mit denen Riemann seine Dissertation abschloss. Allerdings

haben wir uns auf _eindeutige_ Beziehung zweier Flächen durch conforme

Abbildung beschränkt. Riemann hat, wie er ausspricht, ebensowohl an

mehrdeutige Beziehung gedacht. Man würde sich dementsprechend jede der

beiden in Vergleich kommenden Flächen mit mehreren Blättern überdeckt

vorstellen müssen und erst die so entstehenden mehrblättrigen Flächen

conform eindeutig zu beziehen haben. Die Verzweigungspuncte, welche diese

mehrblättrigen Flächen besitzen mögen, würden ebensoviele neue, zur

Disposition stehende complexe Constante abgeben.--Hierzu ist zu bemerken,

dass wir wenigstens _einen_ Fall einer solchen Beziehung bereits

ausführlich in Betracht gezogen haben. Indem wir eine beliebige Fläche

mehrblättrig über die Ebene ausbreiteten (§. 15), haben wir zwischen

Fläche und Ebene eine Beziehung hergestellt, die von der einen Seite

mehrdeutig ist. Es ist dann weiter hervorzuheben, dass eben dieser

specielle Fall auch zwei beliebige Flächen mehrdeutig auf einander

beziehen lässt. Denn sind erst die beiden Flächen auf die Ebene

abgebildet, so sind sie, durch Vermittelung der Ebene, auch auf einander

bezogen.--Mit diesen Bemerkungen ist die Frage nach der mehrdeutigen

Abbildung natürlich keineswegs erschöpft. Aber es ist doch eine Grundlage

zu ihrer Behandlung gewonnen, indem gezeigt ist, wie sie sich in die

übrigen functionentheoretischen Speculationen Riemann’s, von denen wir

hier Rechenschaft zu geben hatten, einfügt.

Ueber Riemann's Theorie der Algebraischen Functionen · 第 8 / 11 题