复变函数与积分变换 学习笔记

第二章 解析函数一、复变函数的导数及微分1、导数的定义2、可导与连续3、求导法则实变函数的求导法则可以不加更改地推广到复变函数中来4、微分的概念与一元实变函数的微分概念完全一致二、解析函数的概念1、解析函数的定义 如果函数f（z）在z0及z0的邻域内处处可导，那么称f（z）在z0解析。如果函数f（z）在区域D内每一点解析，则称f（z）在区域D内解析。或称f（z）是区域D内的一个解析函数（全纯函数或正则函数）2、奇点的定义如果函数f（z）在z0不解析，那么称z0为f（z）的奇点。根据定义可知，函数在区域内解析和区域内可导是等价的。但是，函数在一点处解析和一点处可导是不等价的，即在一点处可导，不一定在该点处解析。函数在一点处解析比在该点处可导的要求高得多。定理（1）在区域D内解析的两个函数f（z）和g（z）的和、差、积、商（除去分母为零的点）在D内解析。（2）设函数h=g（z）在z平面上的区域D内解析，函数w=f（h）在h平面上的区域G内解析。如果对于D内的每个点z，函数g（z）的对应值h都属于G，那么复合函数w=f|g（z）|在D内解析。根据定理可知：（1）所有多项式在复平面内是处处解析的。（2）任何一个有理分式函数P（z）/Q（z）在不含分母为零的点的区域内是解析的，使分母为零的点是它的奇点。注意：复变函数的导数定义与一元实变函数的导数定义在形式上是完全一样的，它们的求导公式与求导法则也一样，然而复变函数极限存在要求与z趋于零的方式无关，这表明它在一点可导的条件比实变函数严格得多。第二节、函数解析的充要条件一、主要定理定理一：设函数f（z）=u（x，y）+iv（x，y）定义在区域D内，则f（z）在D内一点z=x+yi可导的充要条件是：u（x，y）与v（x，y）在点（x，y）可微，并在该点满足柯西-黎曼方程：ux=vy，uy=-vx。根据定理一，可得函数f（z）=u（x，y）+iv（x，y）在点z=x+yi处的导数公式：f（z）=ux+ivx=1iuy+vy。定理二：函数f（z）=u（x，y）+iv（x，y）在其定义域D内解析的充要条件是：u（x，y）与v（x，y）在D内可微，并满足柯西-黎曼方程。解析函数的判定方法：（1）如果能用求导公式与求导法则证实复变函数f（z）的导数在区域D内处处存在，则可根据解析函数的定义断定f（z）在D内是解析的。（2）如果复变函数f（z）=u+iv中u，v在D内各一阶偏导都存在、连续（因而u，v（x，y）可微）并满足C-R方程，那么根据解析函数的充要条件可以断定f（z）在D内解析。参照视频内例题可进一步证明：如果f（z）在区域D内解析，则以下条件彼此等价：（1）f（z）=恒取实值（2）f（z）=0（3）| f（z）|=常数（4）f（z）解析（5）Re【f（z）】=常数（6）Im【f（z）】=常数（7）v=u2（8）arg f（z）=常数第三节、初等函数一、指数函数1、指数函数的定义当函数f（z）在复平面内满足以下三个条件：（1）f（z）在复平面内处处解析；（2）f（z）= f（z）（3）当Im（z）=0时，f（z）=ex，其中x=Re（z）此函数称为复函数z的指数函数，记为expz=ex（cosy+isiny）（expz可用ez来表示，ez并没有幂的意义）指数函数的定义等价于关系式：|expz|=exArgexpz=y+2k（其中k为任何整数）2、加法定理 expz1expz2=exp（z1+z2）根据加法定理，可以推出expz的周期性，expz的周期是2ki，即ez+2ki=eze2ki=ez。二、对数函数1、定义满足方程ew=zz0的函数w=f（z）称为对数函数，记w=Lnz=ln|z|+iArgz由于Argz为多值函数，所以对数函数w=f（z）也是多值函数，而且每两值相差2i的整数倍。如果将Lnz=ln|z|+iArgz中Argz取主值argz，那么Lnz为一单值函数，记为lnz，称为Lnz的主值 lnz=ln|z|+iargz其余各值为Lnz=lnz+2ki（k为整数），对于每一个固定的k，上式确定一个单值函数，称为Lnz的一个分支，特殊地，当z=x0时，Lnz的主值lnz=lnx，是实变数对数函数。2、性质（1）Ln（z1z2）=Lnz1+Lnz2（2）Lnz1z2= Lnz1-Lnz2（3）在除去负实轴（包括原点）的复平面内，主值支和其他各分支处处连续可导，且（lnz）=1z，（Lnz）=1z三、乘幂ab与幂函数1、乘幂的定义设a是一个不为零的复数，b为任意一个复数，乘幂ab定义为ebLna，即ab=ebLna注意：由于Lna=ln|a|+i（arga+2k）是多