偏微分方程求解 复变函数的积分
- 格式:pdf
- 大小:1.60 MB
- 文档页数:129
一.复变函数积分计算方法:
1. 线积分法,udy vdx i vdy udx z f c c c ++-=⎰⎰⎰
)( 2. 参数方程法,就是将积分线段分成几段,每一段尽可能简单,并且可以用一个参数式表达出来。
参考课本37页例3.1(2) 3. 原函数法,要用此方法必须保证函数f(z)在单连通区域D 内解析,求出f(z)的原函数G
(z ),则)z ()z ()(00G G dt t f z z -=⎰
4. 柯西积分公式,)z (2z -z z)(00
if dz f c π=⎰,用这种方法的关键是找出函数)z (f ,有时候要进行一些变形。
二.课本难点
课本47页例3.10(2) 他在解答过程中,有一步是令2)z ()z (i e f z +=,开始看的时候很难看明白是为什么,后来细心一想,原来他用了一个很巧妙的变换:
2
2222)()z /()])(z [()1z (111i z i e i z i e dz e z c z c z c -+=-+=+⎰⎰⎰ 这样就可以凑成柯西积分公式的形式,令2)z ()z (i e f z +=,就可以轻松使用柯西积分公式求出答案。
作业题很多都要用到这个技巧。
三.错误更正
课本55页作业6(3)的答案是i e π,课本答案e π是错误的。
四.规律总结
在做作业过程中,我找到以下两个公式:
ishz iz =sin
ithz iz =tan
特别是z=1的时候,有sini=ish1,tani=ith1
上面的公式根据定义就可以证明。
复变函数积分方法总结[键入文档副标题]acer[选取日期]复变函数积分方法总结数学本就灵活多变,各类函数的排列组合会衍生多式多样的函数新形势,同时也具有本来原函数的性质,也会有多类型的可积函数类型,也就会有相应的积分函数求解方法。
就复变函数: z=x+iy i²=-1 ,x,y 分别称为z 的实部和虚部,记作x=Re(z),y=Im(z)。
arg z =θ₁ θ₁称为主值 -π<θ₁≤π ,Arg=argz+2k π 。
利用直角坐标和极坐标的关系式x=rcos θ ,y=rsin θ,故z= rcos θ+i rsin θ;利用欧拉公式e i θ=cos θ+isin θ。
z=re i θ。
1.定义法求积分:定义:设函数w=f(z)定义在区域D 内,C 为区域D 内起点为A 终点为B 的一条光滑的有向曲线,把曲线C 任意分成n 个弧段,设分点为A=z 0 ,z 1,…,z k-1,z k ,…,z n =B ,在每个弧段z k-1 z k (k=1,2…n)上任取一点ξk 并作和式S n =∑f(ξk )n k−1(z k -z k-1)= ∑f(ξk )n k−1∆z k 记∆z k = z k - z k-1,弧段z k-1 z k 的长度 δ=max 1≤k≤n {∆S k }(k=1,2…,n),当 δ→0时,不论对c 的分发即ξk 的取法如何,S n 有唯一的极限,则称该极限值为函数f(z)沿曲线C 的积分为:∫f(z)dz c=lim δ 0∑f(ξk )nk−1∆z k设C 负方向(即B 到A 的积分记作) ∫f(z)dz c−.当C 为闭曲线时,f(z)的积分记作∮f(z)dz c(C 圆周正方向为逆时针方向) 例题:计算积分1)∫dz c 2) ∫2zdz c ,其中C 表示a 到b 的任一曲线。
(1) 解:当C 为闭合曲线时,∫dz c=0.∵f(z)=1 S n =∑f(ξk)n k−1(z k -z k-1)=b-a ∴lim n 0Sn =b-a,即1)∫dz c=b-a. (2)当C 为闭曲线时,∫dz c =0. f(z)=2z;沿C 连续,则积分∫zdz c 存在,设ξk =z k-1,则∑1= ∑Z n k−1(k −1)(z k -z k-1) 有可设ξk =z k ,则∑2= ∑Z n k−1(k −1)(z k -z k-1)因为S n 的极限存在,且应与∑1及∑2极限相等。
复变函数积分计算公式一、复变函数的积分定义复变函数f(z)的积分定义为:∫f(z)dz = ∫[u(x, y)dx - v(x, y)dy] + i∫[u(x, y)dy + v(x, y)dx]其中,u(x,y)和v(x,y)为复变函数f(z)的实部和虚部分别对x和y 的偏导数。
1.第一类曲线积分公式设C是定义在[a,b]上的光滑曲线,而f(z)是C上的复变函数,则复变函数f(z)沿C的积分表示为:∫f(z)dz = ∫f(z(t))z'(t)dt其中,z(t)表示C上的参数方程,z'(t)表示z(t)对t的导数。
2.第二类曲线积分公式设C是封闭的简单光滑曲线,内部有有向单位法向量n,并设f(z)是C内的解析函数,则复变函数f(z)沿C的积分表示为:∫f(z)dz = 2πi Res[f(z), a]其中,a表示C内的任意一个孤立奇点,Res[f(z), a]表示f(z)在a 处的留数。
3.圆弧积分公式对于参数方程z(t) = a + re^(it),其中t∈[θ1, θ2],a为圆心,r为半径,则复变函数f(z)沿圆弧C的积分表示为:∫f(z)dz = ∫f(a + re^(it))ire^(it)dt4.辐角积分公式设f(z)是C所在区域的解析函数,它在z=a处有极点,则复变函数f(z)沿C的积分表示为:∫f(z)dz = i∫R[f(z) - f(a)]dz其中,C是以a为圆心的环形曲线,R是C所围成的圆环区域。
5.亚纯函数积分公式设f(z)是C所在区域的亚纯函数,它在z=a处有一级极点∫f(z)dz = 2πiI(C, a)其中,I(C,a)为C围绕a的索引。
三、复变函数积分计算技巧1.选择适当的路径进行积分,常常选择直线、弧线或封闭曲线。
2.利用柯西-黎曼条件和柯西-黎曼方程进行变量转换和求导。
3.利用留数定理计算包括奇点与不同路径的积分。
4.利用对称性和奇偶性简化积分计算。
复变函数课后答案复变函数是数学中的一个重要的分支,它将实变函数的概念引入到复数域中。
复变函数的研究对于科学和工程领域有着广泛的应用,因此学习复变函数是数学学生的必修课程之一。
在学习过程中,课后习题是一个不可或缺的重要环节。
本文将为读者提供复变函数课后答案,希望可以帮助大家在学习上得到更好的理解和掌握。
一、Cauchy-Riemann方程Cauchy-Riemann方程是研究复变函数的基础。
它是一个关于函数的实部和虚部的偏微分方程组。
具体而言,设$f(z)=u(x,y)+iv(x,y)$是一个复变函数,其中$x,y\in\mathbb{R}$是实数,$z=x+iy$是一个复数,那么Cauchy-Riemann方程可以表示为:$$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y},\quad\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x}$$当且仅当复变函数满足Cauchy-Riemann方程时,它才是解析的。
此外,如果$f(z)$是解析的,则它在一个开放的区域内是无限可微的。
这是我们在复分析中经常使用的重要性质。
二、复积分复积分是计算复变函数的积分的一种方法。
与实变函数中的积分不同的是,复变函数的积分是在复平面上的路径上取值的。
具体而言,设$f(z)$是一个在复平面上连续的函数,$C$是一条连接$z_0$和$z_1$的可求长曲线,则$f(z)$沿着$C$的积分定义为:$$\int_Cf(z)dz=\int_C [u(x,y)dx-v(x,y)dy]+i\int_C [u(x,y)dy+v(x,y)dx] $$其中,$u(x,y)$和$v(x,y)$分别是$f(z)$的实部和虚部。
如果$\int_Cf(z)dz=0$,则称$f(z)$沿着$C$是可积的。
三、Laurent级数在复分析中,我们经常需要将一个复变函数表示为一个Laurent 级数的形式,这个级数包含一部分关于$z$的负次幂,并且它可以用于计算发生奇点的复变函数。
复变函数积分方法总结[键入文档副标题]acer[选取日期]复变函数积分方法总结数学本就灵活多变,各类函数的排列组合会衍生多式多样的函数新形势,同时也具有本来原函数的性质,也会有多类型的可积函数类型,也就会有相应的积分函数求解方法。
就复变函数: z=x+iy i²=-1 ,x,y 分别称为z 的实部和虚部,记作x=Re(z),y=Im(z)。
arg z =θ₁ θ₁称为主值 -π<θ₁≤π ,Arg=argz+2k π 。
利用直角坐标和极坐标的关系式x=rcos θ ,y=rsin θ,故z= rcos θ+i rsin θ;利用欧拉公式e i θ=cos θ+isin θ。
z=re i θ。
1.定义法求积分:定义:设函数w=f(z)定义在区域D 内,C 为区域D 内起点为A 终点为B 的一条光滑的有向曲线,把曲线C 任意分成n 个弧段,设分点为A=z 0 ,z 1,…,z k-1,z k ,…,z n =B ,在每个弧段z k-1 z k (k=1,2…n)上任取一点ξk 并作和式S n =∑f(ξk )n k−1(z k -z k-1)= ∑f(ξk )n k−1∆z k 记∆z k = z k - z k-1,弧段z k-1 z k 的长度 δ=max 1≤k≤n {∆S k }(k=1,2…,n),当 δ→0时,不论对c 的分发即ξk 的取法如何,S n 有唯一的极限,则称该极限值为函数f(z)沿曲线C 的积分为:∫f(z)dz c=lim δ 0∑f(ξk )nk−1∆z k设C 负方向(即B 到A 的积分记作) ∫f(z)dz c−.当C 为闭曲线时,f(z)的积分记作∮f(z)dz c(C 圆周正方向为逆时针方向) 例题:计算积分1)∫dz c 2) ∫2zdz c ,其中C 表示a 到b 的任一曲线。
(1) 解:当C 为闭合曲线时,∫dz c=0.∵f(z)=1 S n =∑f(ξk)n k−1(z k -z k-1)=b-a ∴lim n 0Sn =b-a,即1)∫dz c=b-a. (2)当C 为闭曲线时,∫dz c =0. f(z)=2z;沿C 连续,则积分∫zdz c 存在,设ξk =z k-1,则∑1= ∑Z n k−1(k −1)(z k -z k-1) 有可设ξk =z k ,则∑2= ∑Z n k−1(k −1)(z k -z k-1)因为S n 的极限存在,且应与∑1及∑2极限相等。