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Academic year: 2022

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(1)

Mathematisches Institut der Universit¨at M¨unchen

Prof. Otto Forster

May 4, 2016

Riemann Surfaces

Problem sheet #3

Problem 9

Let f :P1 →P1 be the holomorphic map defined by the rational function f(z) :=z+1

z

Show that f is a two-sheeted branched covering and determine all its branch points.

Problem 10

a) Prove that the tangent function defines a local homeomorphism tan :C→P1. b) Prove that tan(C) =P1r{±i} and that

tan : C→ P1r{±i}

is a covering map.

Problem 11

Consider the covering maps exp:C→C and tan:C→P1r{±i}, cf. problem 10.

a) Show that there exists a uniquely defined biholomorphic map f :C →P1r{±i}with f(1) = 0 and lim

z→0f(z) =−i.

b) Show that there exists a uniquely defined biholomorphic map g:C → C with g(0) = 0 which makes the following diagram commutative

C g

−→ C

exp

 y

 ytan C f

−→ P1r{±i}

and use it to express the function arctan in terms of the logarithm.

p.t.o.

(2)

Problem 12

Let Λ = Zω1 +Zω2 ⊂ C, (ω1, ω2 ∈ C linearily independent over R), be a lattice. The Weierstrass ℘-function with respect to Λ is defined by

Λ(z) := 1

z2 + X

ω∈Λr0

1

(z−ω)2 − 1 ω2

.

a) Prove that for every compact disc Kr := {z ∈ C : |z| 6 r} there exists a finite subset Λ0 ⊂Λ such thatω 6∈Kr for all ω∈ΛrΛ0 and the series

X

ω∈ΛrΛ0

1

(z−ω)2 − 1 ω2

.

converges uniformly on Kr. This implies that ℘Λ is a meromorphic function on C with poles of order two exactly at the lattice points ω∈Λ.

b) Show that ℘Λ a doubly periodic meromorphic function on C with respect to Λ, i.e.

Λ(z) =℘Λ(z+ω) for all ω ∈Λ and allz ∈C. Hint. Prove first that the derivative ℘Λ(z) =−2X

ω∈Λ

1

(z−ω)3 is doubly periodic.

c) Since ℘Λ is periodic with respect to Λ, it defines a holomorphic map C/Λ →P1. Prove that this map is a two-sheeted branched covering map with exactly 4 branch points at

[0],hω1 2

i,hω2 2

i,hω12 2

i ∈C/Λ.

Hint. To determine the zeros of ℘Λ, use that ℘Λ is an odd function of z, i.e. ℘Λ(−z) =

−℘Λ(z) for all z ∈C.

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