双层结构对于平方根函数,即平方函数的反函数有重要的意义,它形象生动地解释了为什么平方根有两个,即
因为它们位于不同的层——分支。这样一来,平方根函数(其实不是严格意义上的函数,准确地来说是多值函数)变成一个真正的(单值)函数了。数学家将这一思想推广,这样的曲面被称为黎曼曲面。这些曲面在三维空间表示不可避免产生自交,但这并不影响我们的判断。
当我们围绕
多项式函数为了看清多项式函数对于复平面的作用,我们不妨以代数基本定理的视角观察,即把多项式函数分解为一次因式的乘积:
允许,即重根的情况。这样一来,多项式函数可以视为对复平面逐次进行乘积变换。为方便讨论,我们不妨令多项式函数的首项系数.
设
当时,复平面沿着方向平移了个单位;
当时,如下图,设和是多项式的两个零点,即和,是复平面上其他任意一点. 两个橙色向量恰好就代表着复数.
这两个复数相乘,其模长即是两复数模长乘积,关键在辐角:两辐角之和.
这有什么奇怪呢?确实,这就是我们在前文铺垫的复数乘积的几何意义,没什么特别的。但是,如果我们让上图点沿着包围和的绿色大圆转一圈,你会发现,的辐角增加了——两圈!这相当于绕着两个零点各转了一圈。
如果我们只是在某个点周围转圈如下图,情况则会稍加不同:当绕着正向旋转一周时,复数的辐角始终在一个很小的范围变化,即,辐角对并没有贡献。
特别地,让两点逐渐重合,函数就退化为重根的情形:
这与我们讨论过的平方函数是一回事。
让我们回到非重根的情形。多项式的像在每个根局部,和复平面上一点局部类似,此时绕着某个根旋转,和绕一次函数的效果是一样的,辐角的增加都是;然而当闭曲线充分远离全体根,的拓扑特性开始显现,从而实现原像复平面转1周,像上就会转周,同理可得,对于而言会转周。