复变函数习题答案

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习题一1. 用复数的代数形式a +ib 表示下列复数π/43513;;(2)(43);711i i ei i i ii-++++++.①解:i4πππecos i sin 442222-⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-+-=+-= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭②解:()()()()35i 17i 35i 1613i 7i 11+7i 17i 2525+-+==-++-③解: ()()2i 43i 834i 6i 510i ++=-++=+ ④解:()31i 1335=i i i 1i222-+-+=-+2.求下列各复数的实部和虚部(z =x +iy )(z aa z a -∈+); 33311;;;.22n z i ⎛⎫⎛⎫-+-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭①解: ∵设z =x +iy 则()()()()()()()22i i i i i i x a y x a y x y a x a y z a z ax y ax a yx a y-++-⎡⎤⎡⎤+--+-⎣⎦⎣⎦===+++++++∴()22222R e z a x a y z a x a y---⎛⎫= ⎪+⎝⎭++, ()222Im z a xyz a x a y-⎛⎫=⎪+⎝⎭++.②解: 设z =x +iy∵()()()()()()()()323222222223223i i i 2i i 22i 33iz x y x y x y x y xy x y x x yxyy x y x y x xy x y y=+=++=-++⎡⎤=--+-+⎣⎦=-+-∴()332Re 3z x xy =-,()323Im 3z xy y =-.③解:∵(()(){}332321113131288-+⎡⎤⎡⎤==--⋅-⋅+⋅--⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎝⎭()180i 18=+=∴R e 12=⎝⎭, Im 02⎛= ⎝⎭. ④解:∵()()(()2332313131i 28⎡⎤--⋅-⋅+⋅-⋅⎢⎥⎣⎦=⎝⎭()180i 18=+=∴R e 12=⎝⎭, Im 02⎛= ⎝⎭. ⑤解: ∵()()1,2i 211i,k n kn k k n k ⎧-=⎪=∈⎨=+-⋅⎪⎩ .∴当2n k =时,()()R e i 1kn =-,()Im i 0n =;当21n k =+时,()R e i 0n =,()()Im i 1kn =-.3.求下列复数的模和共轭复数12;3;(2)(32);.2i i i i +-+-++①解:2i -+==2i 2i -+=--②解:33-=33-=-③解:()()2i 32i 2i 32i ++=++==.()()()()()()2i 32i 2i 32i 2i 32i 47i ++=+⋅+=-⋅-=-④解:1i 1i 222++==()1i 11i222i ++-⎛⎫== ⎪⎝⎭4、证明:当且仅当z z =时,z 才是实数. 证明:若z z =,设i z x y =+,则有 i i x y x y +=-,从而有()2i 0y =,即y =0∴z =x 为实数.若z =x ,x ∈ ,则z x x ==. ∴z z =.命题成立.5、设z ,w ∈ ,证明: z w z w ++≤证明:∵()()()()2z w z w z w z w z w +=+⋅+=++()()22222R e z z z w w z w wz z w z w w zwz w =⋅+⋅+⋅+⋅=++⋅+=++⋅()2222222zw z w z w z w z w++⋅=++⋅=+≤∴z wz w ++≤.6、设z ,w ∈ ,证明下列不等式. ()2222Re z w z z w w +=+⋅+ ()2222Re z wzz w w-=-⋅+()22222z wz w zw++-=+并给出最后一个等式的几何解释.证明:()2222Re z w z z w w +=+⋅+在上面第五题的证明已经证明了.下面证()2222Re z w z z w w -=-⋅+.∵()()()()222z w z w z w z w z w zz w w z w-=-⋅-=--=-⋅-⋅+()222Re zz w w=-⋅+.从而得证.∴()22222z w z w z w++-=+几何意义:平行四边形两对角线平方的和等于各边的平方的和.7.将下列复数表示为指数形式或三角形式3 352π2π;;1;8π(1);.cos sin7199ii ii+⎛⎫--++⎪+⎝⎭①解:()()()()35i17i35i7i117i17i+-+=++-3816i198ie50255iθ⋅--===其中8πarctan19θ=-.②解:e iiθ⋅=其中π2θ=.π2eii=③解:ππi i1e e-==④解:()28π116ππ3θ-+==-.∴()2πi38π116πe--+=⋅⑤解:32π2πcos i sin99⎛⎫+⎪⎝⎭解:∵32π2πcos i sin199⎛⎫+=⎪⎝⎭.∴322πiπ.3i932π2πcos i sin1e e99⋅⎛⎫+=⋅=⎪⎝⎭8.计算:(1)i的三次根;(2)-1的三次根;(3)的平方根.⑴i的三次根.解:()13ππ2π2πππ22cos sin cos i sin0,1,22233++⎛⎫=+=+=⎪⎝⎭k ki k∴1ππ1cos i sin i6622=+=z.2551cosπi sinπi6622=+=-+z3991cosπi sinπi6622=+=--z⑵-1的三次根解:()()132π+π2ππcosπi sinπcos i sin0,1,233k kk+=+=+=∴1ππ1cos i sin3322=+=+z2cosπi sinπ1=+=-z3551cosπi sinπ3322=+=--z⑶的平方根.解:πi4e 22⎫=⎪⎪⎝⎭)()1π12i44ππ2π2π44e 6cos i sin 0,122k k k ⎛⎫++ ⎪==⋅+= ⎪⎝⎭∴π11i 8441ππ6cos i sin 6e 88⎛⎫=⋅+=⋅ ⎪⎝⎭z911πi 8442996cos πi sin π6e 88⎛⎫=⋅+=⋅ ⎪⎝⎭z .9.设2πe ,2inz n =≥. 证明:110n z z-+++=证明:∵2πi e nz ⋅= ∴1n z =,即10n z -=.∴()()1110n z z z --+++=又∵n ≥2. ∴z ≠1从而211+0n z z z -+++=11.设Γ是圆周{:},0,e .i z r r a c r z c α=>=+-令:Im 0z a L z b β⎧-⎫⎛⎫==⎨⎬ ⎪⎝⎭⎩⎭,其中e i b β=.求出L β在a 切于圆周Γ的关于β的充分必要条件.解:如图所示.因为L β={z : Im z a b -⎛⎫⎪⎝⎭=0}表示通过点a 且方向与b 同向的直线,要使得直线在a 处与圆相切,则CA ⊥L β.过C 作直线平行L β,则有∠BCD =β,∠ACB =90° 故α-β=90°所以L β在α处切于圆周T 的关于β的充要条件是α-β=90°.12.指出下列各式中点z 所确定的平面图形,并作出草图.(1)arg π;(2);1(3)1|2;(4)R e Im ;(5)Im 1 2.z z z z i z z z z ==-<+<>><且解:(1)、argz =π.表示负实轴.(2)、|z -1|=|z |.表示直线z =12.(3)、1<|z +i|<2解:表示以-i 为圆心,以1和2为半径的周圆所组成的圆环域。

(4)、Re(z)>Im z.解:表示直线y=x的右下半平面5、Im z>1,且|z|<2.解:表示圆盘内的一弓形域。

所以当y→∞时有|cos z|→∞.习题二1. 求映射1w z z=+下圆周||2z =的像.解:设i ,i z x y w u v =+=+则2222221i i i i i()i x y x y u v x y x y x y x yx yx yx y-+=++=++=++-++++ 因为224x y +=,所以53i44u iv x y +=+所以 54u x =,34v y=+5344,uvx y ==所以()()2253442uv+=即()()222253221uv+=,表示椭圆.2. 在映射2w z =下,下列z 平面上的图形映射为w 平面上的什么图形,设e i w ϕρ=或i w u v =+.(1)π02,4r θ<<=; (2)π02,04r θ<<<<;(3) x=a, y=b .(a, b 为实数)解:设222i ()2i w u v x iy x y xy =+=+=-+ 所以22,2.u x y v xy =-= (1) 记e i w ϕρ=,则π02,4r θ<<=映射成w 平面内虚轴上从O 到4i 的一段,即π04,.2ρϕ<<=(2) 记e i w ϕρ=,则π0,024r θ<<<<映成了w 平面上扇形域,即π04,0.2ρϕ<<<<(3) 记w u iv =+,则将直线x =a 映成了22,2.u a y v ay =-=即2224().v a a u =-是以原点为焦点,张口向左的抛物线将y =b 映成了22,2.u x b v xb =-= 即2224()v b b u =+是以原点为焦点,张口向右抛物线如图所示.3. 求下列极限. (1) 21lim1z z →∞+;解:令1z t=,则,0z t →∞→. 于是2221limlim011z t tzt→∞→==++.(2) 0Re()limz z z→;解:设z =x +y i ,则R e()i z x zx y=+有00Re()1limlimi 1i z x y kx z x zx kxk→→=→==++显然当取不同的值时f (z )的极限不同 所以极限不存在. (3) 2lim(1)z iz i z z →-+;解:2lim(1)z iz iz z →-+=11limlim()()()2z iz iz i z i z z i z i z →→-==-+-+.(4) 2122lim1z z z z z z →+---.解:因为222(2)(1)2,1(1)(1)1z z z z z z z z z z z +--+-+==-+-+所以2112223limlim112z z z z z z z z z →→+--+==-+.4. 讨论下列函数的连续性:(1) 22,0,()0,0;xyz x y f z z ⎧≠⎪+=⎨⎪=⎩解:因为22(,)(0,0)lim ()limz x y xy f z x y →→=+, 若令y =kx ,则222(,)(0,0)lim1x y xy k x yk→=++,因为当k 取不同值时,f (z )的取值不同,所以f (z )在z =0处极限不存在. 从而f (z )在z =0处不连续,除z =0外连续.(2) 342,0,()0,0.x yz f z x y z ⎧≠⎪=+⎨⎪=⎩解:因为33422022xyx x y x yx y≤≤=+,所以342(,)(0,0)lim0(0)x y x y f x y→==+所以f (z )在整个z 平面连续.5. 下列函数在何处求导?并求其导数. (1) 1()(1)n f z z -=- (n 为正整数);解:因为n 为正整数,所以f (z )在整个z 平面上可导.1()(1)n f z n z -'=-.(2) 22()(1)(1)z f z z z +=++.解:因为f (z )为有理函数,所以f (z )在2(1)(1)0z z ++=处不可导. 从而f (z )除1,i z z =-=±外可导.2222232222(2)(1)(1)(1)[(1)(1)]()(1)(1)2543(1)(1)z z z z z z f z z z z z z z z ''+++-+++'=++-+++=++(3) 38()57z f z z +=-.解:f (z )除7=5z 外处处可导,且223(57)(38)561()(57)(57)z z f z z z --+'==---.(4) 2222()ix y x y f z x yx y+-=+++.解:因为2222222i()i i(i )(i )(1i)(1i)1i ()x y x y x y x y x y z f z x yx yx yzz++--+--+++=====+++.所以f (z )除z =0外处处可导,且2(1i)()f z z+'=-.6. 试判断下列函数的可导性与解析性. (1) 22()i f z xy x y =+;解:22(,),(,)u x y xy v x y x y ==在全平面上可微.22,2,2,y u v v y xy xy xxy x y∂∂∂∂====∂∂∂∂所以要使得u v xy∂∂=∂∂,u v yx∂∂=-∂∂,只有当z =0时,从而f (z )在z =0处可导,在全平面上不解析. (2) 22()i f z x y =+.解:22(,),(,)u x y x v x y y ==在全平面上可微.2,0,0,2u u v v x y xyxy ∂∂∂∂====∂∂∂∂ 只有当z =0时,即(0,0)处有u v xy ∂∂=∂∂,u v yy∂∂=-∂∂.所以f (z )在z =0处可导,在全平面上不解析. (3) 33()23i f z x y =+;解:33(,)2,(,)3u x y x v x y y ==在全平面上可微.226,0,9,u u v v x y xyxy∂∂∂∂====∂∂∂∂=时,才满足C-R 方程.从而f (z )0±=处可导,在全平面不解析. (4) 2()f z z z =⋅.解:设i z x y =+,则23232()(i )(i )i()f z x y x y x xy y x y =-⋅+=+++3232(,),(,)u x y x xy v x y y x y =+=+22223,2,2,3u u v v x y xy xy y xxyxy∂∂∂∂=+===+∂∂∂∂所以只有当z =0时才满足C-R 方程. 从而f (z )在z =0处可导,处处不解析.7. 证明区域D 内满足下列条件之一的解析函数必为常数. (1) ()0f z '=;证明:因为()0f z '=,所以u u xy∂∂==∂∂,0v v xy∂∂==∂∂.所以u ,v 为常数,于是f (z )为常数.(2) ()f z 解析.证明:设()i f z u v =-在D 内解析,则()u v u v x yxy∂∂-∂∂=⇒=-∂∂∂∂()u v v y x y ∂-∂-∂==+∂∂∂,u v u v xy yx∂∂∂∂=-=∂∂∂∂而f (z )为解析函数,所以,u u u v x y y x ∂∂∂∂==-∂∂∂∂所以,,v v v v xx yy∂∂∂∂=-=-∂∂∂∂即u u v v xyx y∂∂∂∂====∂∂∂∂从而v 为常数,u 为常数,即f (z )为常数.(3) Re f (z )=常数.证明:因为Re f (z )为常数,即u =C 1, 0u u x y ∂∂==∂∂因为f (z )解析,C-R 条件成立。