数学物理方法第一章作业答案

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第一章 复变函数 §1.1 复数与复数运算

1、下列式子在复数平面上个具有怎样的意义? (1)2≤z

解:以原点为心,2为半径的圆内,包括圆周。 (2)b z a z −=−,(a 、b 为复常数)

解:点z 到定点a 和b 的距离相等的各点集合,即a 和b 点连线的垂直平分线。 (3)z Re >1/2

解:直线2/1=x 右半部分,不包括该直线。 (4)1Re ≤+z z

解:即122≤++x y x ,则1≤x , x y 212−≤,即抛物线x y 212−=及其内部。 (5)α<z arg <β,a <z Re <b ,(α、β、a 、b 为实常数) 解: (6)4

arg

<+−

222)

1(21++−−+=+−y x x

i y x i z i z 因为4

arg

<+−

1(1

)1(22

22

22

22

2222

2

<++−+++−<>++−+>++−y x y x y x x

y x y x y x x

,即0x 21,0x 22>+−+

,11

z 1

-z ≤+

解:

()()[]

2222

2

222

21411iy 111z 1-z y x y y x y x x iy x +++⎥⎦⎤⎢⎣

⎡++−+=+++−=+ 所以()

()[]

2

22

22

22141y x y y x ++≤+−+

化简可得0≥x (8))/1Re(z =2

解:2e x 1e )/1Re(2222=+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+−=⎟

⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=y x x

y x iy x R iy R z 即()16/14/122

=+−y x

(9)22Re a Z =

解:2222Re a y x Z =−=

(10)2

22

12

212

2122z z z z z z +=−++

解:()()()()()()

2

22

22

12

12

212

212

212

2122y x y x y y x x y y x x +++=−+−++++

可见,该公式任意时刻均成立。

2、 把下列复数用代数式、三角式和指数式几种形式表示出来。 (1)i =()()2/sin 2/cos ππi +=2/πi e (2)-1=ππsin cos i +=πi e (3)3

sin

3

cos

223i 13/π

π

πi e i +==+

(4)ααsin cos 1i +−(α是实常数)=2

cos

2

sin

22

sin 22α

α

α

i +

=2cos 2(sin

2

sin

2αα

α

i +=2

sin

2

(cos 2

sin 2α

πα

πα−+−i =2

2

sin

πα

−i

e

(5)3z =i y y x xy x iy x )3(3)(32233−+−=+=()ϕϕρ3sin 3cos 3i +=ϕρ33i e (6)()1sin 1cos 1i e ee e i i +==+

(7)()()i i +−1/1=i −=()()2/3sin 2/3cos ππi +=2/3πi e

3、计算下列数值。(a 、b 、φ为实常数) (1)ib a +

解:由公式1.1.19知,原式等于

()2/sin 2/cos 22θθi b a ++

()()()[]

πθθθθθθ2,02/sin 21cos 2/cos 2/sin 2sin 2

2

22

2∈+=

−=+==b

a a

b a b ,因此可得

()2

1)2/sin(212/cos 2222b a a b a a +−

=

++

=

θθ

原式=

()

()

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−++++a b a i a b a 2

/12

22

/12

222 (2)3i =)3/26/(3/122/()(ππππk i k i e e ++= (3)i i =)22/(22/()(ππππk i k i e e +−+= (4)i

i =ππππ

k i k i e e

22//1)

22

()

(++=

(5)ϕ5cos ,(6)ϕ5sin

解:5)sin (cos 5sin 5cos ϕϕϕϕi i +=+

=ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ5432234sin sin cos 5sin cos 10sin cos 10sin cos 55cos i i i ++−−+

=)sin sin cos 10sin cos 5()sin cos 5sin cos

105(cos 5324423

ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ+−++−i

因此,(5)=ϕϕϕϕϕ423

sin cos 5sin cos 105cos +−,

(6)=ϕϕϕϕϕ5324

sin sin cos 10sin cos

5+−

(7)ϕϕϕϕn cos ...3cos 2cos cos ++++,(8)ϕϕϕϕn sin ...3sin 2sin sin ++++ 解: )sin 2sin (sin )cos 2cos (cos ϕϕϕϕϕϕn i n +++++++L L

=)sin (cos )2sin 2(cos )sin (cos ϕϕϕϕϕϕn i n i i ++++++L =ϕ

ϕ

ϕ

in i i e

e

e +++L 2=[]

ϕ

ϕϕi i i e e e −−11n

=[]

)1)(1()1(1n ϕϕϕϕϕi i i i i e e e e e −−−−−−=()()

ϕ

ϕϕϕϕi i n i in i e e e e e −+−−−−+211

=

()()()()

ϕϕ

ϕϕϕϕϕϕcos 121sin sin sin cos 1211cos cos cos −+−++−−+−+n n i n n