复变函数经典例题

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第一章例题

例1.1试问函数把平面上的下列曲线分别变成平面上的何种曲线?

(1)以原点为心,2为半径,在第一象项里的圆弧;

(2)倾角的直线;

(3)双曲线。

解设,则

因此

(1)在平面上对应的图形为:以原点为心,4为半径,在上半平面的半圆周。(2)在平面上对应的图形为:射线。

(3)因,故,在平面上对应的图形为:直线。

例1.2设在点连续,且,则在点的某以邻域内恒不为0.

证因在点连续,则,只要,就有

特别,取,则由上面的不等式得

因此,在邻域内就恒不为0。

例1.3设

试证在原点无极限,从而在原点不连续。

证令变点,则

从而(沿正实轴)

而沿第一象限的平分角线,时,。

故在原点无确定的极限,从而在原点不连续。

第二章例题

例2.1在平面上处处不可微

证易知该函数在平面上处处连续。但

当时,极限不存在。因取实数趋于0时,起极限为1,取纯虚数而趋于零时,其极限为-1。故处处不可微。

例 2.2函数在满足定理2.1的条件,但在不可微。

证因。故

在时无极限,这是因让沿射线随

而趋于零,即知上式趋于一个与有关的值。

例2.3讨论的解析性

解因, 故

要使条件成立,必有,故只在可微,从而,处处不解析。例2.4讨论的可微性和解析性

解因, 故

要使条件成立,必有,故只在直线上可微,从而,处处不解析。

例2.5讨论的可微性和解析性,并求。

解因, 而

在复平面上处处连续且满足条件,从而在平面上处处可微,也处处解析。且

例2.6设确定在从原点起沿负实轴割破了的平面上且,试求之值。

解设,则

由代入得

解得:,从而

例2.7设则

且的主值为。

例2.8考查下列二函数有哪些支点

(a)

(b)

解(a)作一条内部含0但不含1的简单闭曲线, 当沿正方向绕行一周时,的辐角得到增量,的辐角没有改变, 即

从而

故的终值较初值增加了一个因子,发生了变化,可见0是的支点。同理1 也是其支点。

任何异于0,1的有限点都不可能是支点。因若设是含但不含0,1的简

单闭曲线,则

故的终值较初值增加了一个因子,未发生变化。

最后不是的支点。因若设含0,1的简单闭曲线,则

故的终值较初值增加了一个因子,未发生变化。

(b)可能的支点是0,1,。设分别是含0但不含1,含1但不含0,和既含0又含1的简单闭曲线,则

结果的终值较初值均发生了变化。故0,1,都是支点,此外别无支点。

例2.9试说明在将平面适当割开后能分出三个解析分支。并求出在点取负值的那个分支在的值

解易知的支点是。因此,将平面沿正实轴从0到1割开,再沿负实轴割开。在这样割开后的平面上,能分出三个解析分支。

现取一条从到的有向曲线(不穿过支割线),则

于是

又由题设,可取。故得

(3)关于对数函数的已给单值解析分支,我们可以借助下面的公式来计算它的终值:

其中是一条连接起点和终点且不穿过支割线的简单曲线;是满足条件那一支在起点之值的虚部,是一个确定的值。

例2.10试说明在割去“从-1到的直线段”,“从到1的直线段”与射线“且”的平面内能分出单值解析分支。并求时等于零的那一支在的值。

解的支点为。这是因

当变点单绕一周时,

故的值增加了,的值未改变,从而,的值增加了,

从一支变成另一支。故是支点,同理也都是支点,此外无其它支点。故在割去“从-1到的直线段”,“从到1的直线段”与射线“且”的平面内能分出单值解析分支。

现设是一条连接起点和终点且不穿过支割线的简单曲线。则

这就是所要求之值。

例2.11求反正弦。

例2.12求

第三章例题

例3.1命表连接点及的任一曲线,试证

(1)(2)

证(1)因,故

,即

(2)因,选则得

但我们又可选,则得

由定理3.1,可知积分存在,因而的极限存在,且应与及的极限相等,从而应与的极限相等。今

所以。

注当为闭曲线时,

例 3.2(重要的常用例子)

这里表示以为心,为半径的圆周。(注意,积分值与,均无关)。

证的参数方程为:。故

当为整数且时

例3.3试证。积分路径是连接和的直线段

证的参数方程为

沿,连续,且

而之长为2 ,故由定理3.2 ,。

例 3.4计算积分

其中积分路径为:

(1)连接由点到点的直线段;

(2)连接由点到点1的直线段及连接由点1到点的直线段所组成的折线。解(1)连接及的直线段的参数方程为:

(),

故。

(2)连接与1的直线段的参数方程:

连接点1与的直线段的参数方程为:

即,

由此例可以看出,积分路径不同,积分结果可以不同。

例3.5计算积分

解在单连通区域:内,函数的一个原函数,且

在内解析,故由牛顿—莱布尼兹公式有

例3.6计算下列积分

(1),

(2),其中为右半圆周,,,起点为,终点为;(3)那一支。

解(1)因为的支点为,所以它在闭圆上单值解析。于是由柯西积分定理3.9