第二章解析函数
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第二章解析函数•复变函数的导数•解析函数的概念•初等解析函数复函数的求导法则由于复变函数中导数的定义与一元实变函数中导数的定义在形式上完全一致, 并且复变函数中的极限运算法则也和实变函数中一样, 因而实变函数中的求导法则都可以不加更改地推广到复变函数中来, 且证明方法也是相同的.例2证明()2f z x yi =+在复面内处处连续,但处处不可导.证明对复平面内任意点z , 有()()f z z f z +Δ−2.x yi =Δ+Δ()2()2x x y y i x yi =+Δ++Δ−−故0lim[()()]0.z f z z f z Δ→+Δ−=这说明()2f z x yi =+在复面内处处连续.000()()() (), f z z f z f z z z z ρ′+Δ−=Δ+ΔΔ,)()(lim 000z f z z f z =Δ+→Δ所以lim ()0,z z ρΔ→Δ=再由即()f z 在0z 处连续.反之, 由例2知, 处处不可导,()2f z x yi =+但处处连续。
例5问题:对函数f (z ) = u (x ,y ) + iv (x ,y ),如何判别其解析(可导)性?换句话说:()(),f z u v 的解析可导与的偏导数之间有什么关系?解析函数的性质:(1)两个解析函数的和、差、积、商仍为解析函数;(2)两个解析函数的复合函数仍为解析函数;(3)一个解析函数不可能仅在一个点或一条曲线上解析;所有解析点的集合必为开集。
证明必要性. 若存在,设0()f z ′0()f z a ib ′=+(a , b 是实常数). 因此000()()()f z z f z f z z z α′+Δ−=Δ+Δ12()()()()a ib x i y i x i y αα=+Δ+Δ++Δ+Δ12()a xb y x y αα=Δ−Δ+Δ−Δ21(,i b x a y x y αα+Δ+Δ+Δ+Δ其中12Re , Im .αααα==且当时,0z Δ→120, 0.αα→→0000(,)(,),u u x x y y u x y Δ=+Δ+Δ−0000(,)(,),v v x x y y v x y Δ=+Δ+Δ−则于是有00()().f z z f z u i v +Δ−=Δ+Δ12()u i v a x b y x y ααΔ+Δ=Δ−Δ+Δ−Δ21().i b x a y x y αα+Δ+Δ+Δ+Δ由两个复数相等的条件可得设21.v b x a y x y ααΔ=Δ+Δ+Δ+Δ12,u a x b y x y ααΔ=Δ−Δ+Δ−Δ于是,1(,),(,)..a u x y v x y C R =−−当时,满足条件,().f z z 从而在平面上处处可微,处处解析1(,),(,)0..a u x y v x y y C R ≠−=−当时,仅在直线上满足条件,().f z z 故在平面上处处不解析()00.f z y y =≠从而仅在上可微,在上不可微作业3第89页,第二章习题(一):2;4(1)(3);5(2)(4);7;8(2)(4);9; 11(1)(3)。
第二章 解析函数§1 复变函数一 、复变函数的概念1. 定义:设D 为复平面上的点集,对∀点D z ∈,按某种法则,总有另一复数W 与之对应,则称W 是Z 的复变函数,记为)(z f w =。
其中,称W 为像;Z 为原像。
若W Z 与是一一对应,则称)(z f w =为单值函数,若W Z 与 是相互一一对应,则称)(z f w =为单叶函数;Z 对应多个W , 则称)(z f w =为多值函数。
2、复变函数与实变函数的关系设iy x z +=,iv u y x iv y x u z f W +=+==),(),()(,即有⎩⎨⎧⋅=⋅=)()(y x v v y x u u 这说明了一个复变函数可以用两个二元实变函数 ),(),,(y x v y x u 来表示。
例:xy i y x Z W 2)(222+-==⎩⎨⎧=-=⇒xyv y x u 222。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+-=+=⇒+-+=+-===22222222221y x y v y x x u y x y i y x x y x iy x z z z z w 3.关于映射的慨念复变函数在几何上又称为映射(或变换)。
这种函数关系要用两个平面来表示。
函数)(z f w =在几何上可以看成是把z 平面上的一个点集G 映射到w 平面上的一个点集*G 。
例 z w =,显然,它将z 平面上的点i z 321+=映射成w 平面上的 点i w 321-=,将点i z 212-=映射成w 平面上的点i w 212+=, 将三角形ABC 映射成w 平面上的三角形'''C B A .见下图:例2 问:函数2z w =将z 平面上的曲线C x =映射成w 平面上的何种曲线?解 ⎩⎨⎧=-=⇒+-=+==xyv yx u xy i y x iy x z w 22)(222222xy v 2=可得22242C v C u c x x v y -=⇒== 是w 平面上 关于以u 轴为对称的抛物线。
第2章、解析函数第⼆章解析函数本章介绍复变函数中⼀个重要的概念:解析函数,并给出⼀个重要的判定⽅法:柯西黎曼条件。
最后分别介绍⼀些重要的单值初等解析函数及多值初等函数的分⽀解析。
第⼀节解析函数的概念与柯西-黎曼条件1、复变函数的导数:设()w f z =是在区域D 内确定的单值函数,并且,0z D ∈。
如果极限()000()lim z z f z f z z z →-- 存在,为复数a ,则称)(z f 在0z 处可导或可微,极限a 称为)(z f 在0z 处的导数,记作0()f z ',或0z z dw dz =。
2、解析函数:定义:如果)(z f 在0z 及0z 的某个邻域内处处可导,则称)(z f 在0z 处解析;如果)(z f 在区域D 内处处解析,则我们称)(z f 在D 内解析,也称)(z f 是D 的解析函数。
解析函数的导(函)数⼀般记为)('z f 或z z f d )(d 。
注1、此定义也⽤εδ-语⾔给出。
注2、可导必连续注3、解析必可导性,在⼀个点的可导不⼀定解析,可导性是⼀个局部概念,⽽解析性是⼀个整体概念;解析函数的四则运算:()f z 和()g x 在区域D 内解析,那么)()(z g z f ±,)()(z g z f ,)(/)(z g z f (分母不为零)也在区域D 内解析,并且有下⾯的导数的四则运算法则:(()())()()f z g x f z g z '''±=±[()()])()()()()f zg x f z g z f z g z ''=+2()()()()()()(()0)()()f z f z g z f z g z g z g z g z ''-'=≠复合求导法则:设)(z f =ζ在z 平⾯上的区域D 内解析,)(ζF w =在ζ平⾯上的区域1D 内解析,⽽且当D z ∈时,1)(D z f ∈=ζ,那么复合函数)]([z f F w =在D 内解析,并且有z z f F z z f F d )(d d )(d d )]([d ζζ=求导的例⼦:(1)如果()f x a =(常数),那么;()0df z dz= (2)z 的任何多项式 n n z a z a a z P +++=...)(10在整个复平⾯解析,并且有 121...2)('-+++=n n z na z a a z P(4)、在复平⾯上,任何有理函数,除去使分母为零的点外是解析的,它的导数的求法与z 是实变量时相同。
第二章 解析函数[Cauchy-Riemann 条件的说明]二元函数),(y x u 的可微:()22''y x o y B x A u dy u dx u du y x ∆+∆+∆+∆=∆⇔+=y u x u u y x ∆+∆≈∆''[命题] ),(y x u 的一阶偏导数),('),,('y x u y x u y x 连续),(y x u ⇒的可微。
设ib a z f +=)(',由于zz f z ∆∆=→∆ω0lim )(',)(z f =ω在(x ,y )可导意味着 ()()x b y a i y b x a y i x ib a z z f v i u ∆+∆+∆-∆=∆+∆+=∆≈∆+∆=∆))(()('ω x v y u b y v x u a x b y a v y b x a u ∂∂=∂∂-=∂∂=∂∂=⇒⎩⎨⎧∆+∆≈∆∆-∆≈∆, )(')('z f xv i x u ib a z f x =∂∂+∂∂=+= 另一版本的说明见课件。
------------------------------------------------------------------------------------[命题] 若R b a b a ∈≠,,,则iby ax +处处连续但处处不可导。
[证明] by y x v ax y x u ==),(,),(处处可微,因此函数处处连续,b v v u a u y x y x ===='0'0'',当且仅当b a =时CR 条件才满足,所以函数处处不可导。
□ 例如yi x z y i x iy x z z f ⋅+=+-==0Re ,2,)(等。
当b a =时a i a z f az iay ax z f =+==+=0)(',)(,与实变函数ax),(),,(y x v y x u P38 例 32222)(,2)(,)(y x z z h yi x z g z z f +==+==的可导、解析性。