版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
第一篇复变函数论
复变函数是自变量为复数(矢量)的函数
第一章复变函数§1.1复数与复数运算(一)复数的基本概念
定义,z=x+iy,其中x
和
y
是实数,
虚数单位
实部
x=Rez,
虚部y=Im
z2.复数的几何表示方法:一个复数可用平面上的点表示直角坐标表示z=x+iy1
全体复数与平面上的点一一对应z=x+iy(x,y)(,)=|z|ox•sincos(/2-)cos复数平面yz1=x1+iy1,z2=x2+iy2,如z1=z2,则x1=x2,y1=y2/2-22)极坐标表示利用坐标变换:复数z的三种表示:
代数式:三角式:指数式:模:z(x,y)oyx•sincos复数平面3Thisidentityisparticularlyremarkableasitinvolvese,π,i,1and0,arguablythefivemostimportantconstantsinmathematics.LeonhardEular(1707-1783)Swissmathematician,欧拉(Euler)公式
"themostremarkableformulainmathematics"(byRichardFeynman)453.辐角主值:辐角=Argz满足的特定值称为主值argz,=Argz=argz+2k,
(k=0,1,2,….)复数零:辐角无意义64.复共轭:关于实轴的对称点:
z*(x0,-y0)xyoz(x0,y0)zz*-Z,Z*互为共扼7(二)无限远点:
测地投影:用平面上的点来表示球面上的点N(北极)复数z平面oA(x,y)xyA’
(x’,y’)复数球S(南极)A,,A’N、Re(z),Im(z)均无意义Ao,0,A’o,无确定值8(三)复数的运算
加减法:z1±z2=(x1±
x2)+i
(y1±
y2)加法满足交换律和结合律乘积:z1z2=(x1x2-y1y2)+i
(x1y2+x2y1)乘法满足交换律、结合律和分配律
除法:9乘、除、乘方、开方运算用指数式(或三角式)较代数式方便复数的运算的物理图像:加减法—2D平面内矢量的叠加乘除法—2D平面内矢量的操作10o1z2oz1z|z|/|z1|=|z2|/1
(
=1)|z|=|z1||
z2|复数乘法图示z=z1
z2z1oyz2(1,0)=1x11oyz2=1xoz2o
1/z2=*复数除法图示一12oyz2=1xoz2
oz1z复数除法图示二z1z2-1(杨超)1345182764613指数运算根式运算根式的多值性!!14=2/n,kn的根与k=0,…,n-1的根重合;
k=0与k=n的根等同。(n=5)/n/n+2/n/n+2(2/n)/n+3(2/n)/n+4(2/n)Z15复数研究可归结为实数研究16例题,p4,3(1)计算
解答:171819§1.2复变函数(一)复变函数的定义:若在复数平面上存在一个点集E,对于E的每一点z,按照一定的规律,有一个或多个复值w与之相对应,则称w为z的复变函数:
wzE20(二)区域的概念:
解析函数的定义域是满足一定条件的点集,称为区域邻域、内点、外点和边界点z0:
内点边界点外点z0
的邻域z0B:
区域21区域:1、全由内点组成;2、具有连通性。(开)区域:闭区域:圆型区域的例:为开区域;为闭区域xoyz0r022(三)复变函数例1.多项式 2.有理分式3.根式23sh同sinh,双曲正弦(hyperbolicsine)ch同cosh,双曲余弦(hyperboliccosine)(Argz=argz+2k)242526与实函数比较异同●三角函数
f(z)=sinz,cosz(1)实数周期2;sin(z+2)=sin(z),cos(z+2)=cos(z),(2)
(3)同样有公式当27具有纯虚数周期,对应实函数为非周期函数为无穷多值函数,负实数的对数仍有意义复变函数实部虚部●28例1.w=z2.u(x,y)=Re(z2)=x2-y2,
v(x,y)=Im(z2)=2xy2930例2.w=z3
u(x,y)=Re(z3)=x3-3xy2;
v(x,y)=Im(z3)=3x2y-y33132例3.w=1/z=u(x,y)+iv(x,y)3334例4.f(z)=z-2=u(x,y)+iv(x,y)35
妈妈开了个淘宝店,欢迎前来捧场
妈妈的淘宝点开了快半年了,主要卖的是毛绒玩具、坐垫、抱枕之类的,感觉妈妈还是很用心的,花了不少功夫,所以我也来出自己的一份力,帮忙宣传一下。 并且妈妈总是去五亭龙挑最好的玩具整理、发货,质量绝对有保证。 另外我家就在扬州五亭龙玩具城旁边,货源丰富,质量可靠,价格便宜。欢迎大家来逛逛【扬州五亭龙玩具总动员】
99个人小广告:3637例5.指数函数
f(z)=ez=
ex+iy=excosy+iexsiny
3839例6.
f(z)=sin(10z)=u(x,y)+iv(x,y)4041例7.
f(z)=sinh(10z)=u(x,y)+iv(x,y)4243§1.3导数一、
导数的定义:设为单值函数,即对于B上的每一个z值,有且只有一个w值与之相对应。如果对于B上的某点z,极限
存在,且与z0的方式无关,则称 函数w=f(z)在z点可导,此极限定义为函数w=f(z)在z点的导数(或微商),
记为44与实变函数导数的区别: 实变函数:x0;复变函数:z0•z=x+iyz0方式图示xyoz0z=iyz=x45二、求导公式46
必须指出,复变函数和实变函数的导数定义,虽然形式上一样,实质上却有很大的不同.这是因为实变数Δx只能沿着实轴逼近零、复变数Δz却可以沿复数平面上的任一曲线逼近零。因此,与实变函数的可导相比,复变函数可导的要求要严格得多。47三、柯西-黎曼(Cauchy-Riemann)方程证明:1、实轴方向,z=x2、虚轴方向,z=iy
yz=x(1)z=iy(2)z0xo483、f(z)可导,与z0的方式无关,因此——柯西-黎曼(Cauchy-Riemann)方程C-R方程是可导的必要条件。从而:49Augustin-LouisCauchyborn:August21,1789inParisdied:May23,1857outsideParis
ModernmathematicsisindebtedtoCauchyfortwoofitsmajorinterests,eachofwhichmarksasharpbreakwiththemathematicsoftheeighteenthcentury.Thefirstwastheintroductionofrigorintomathematicalanalysis.Thesecondthingoffundamentalimportancewasontheoppositeside-thecombinatorial.50GeorgFriedrichBernhardRiemannbornSeptember17,1826,Breselenz,Hanover[Germany]
diedJuly20,1866,Selasca,Italy.
HewasaGermanmathematicianwhoseprofoundandnovelapproachestothestudyofgeometrylaidthemathematicalfoundationforAlbertEinstein'stheoryofrelativity.Healsomadeimportantcontributionstothetheoryoffunctions,complexanalysis,andnumbertheory.51例:不满足C-R条件事实上52又例:在I、III象限:在II、IV象限:从而在z=0,53满足C-R条件。然可导否?试令恒定,即54而在II、IV象限则在I、III象限55f(z)可导的充要条件:u(x,y)和v(x,y)的偏导数存在、连续,且满足C-R条件,则复变函数f(z)=u(x,y)+iv(x,y)可导。满足C-R条件,可见C-R条件不是复变函数可导的充分条件然而,沿实轴或虚轴,
56证明:偏导连续,增量可表为:其中从而利用C-R条件57同理利用C-R条件58极坐标中的C-R方程:极限是与z0的方式无关的有限值,可沿任一方便的路径求导数(极限)若复变函数可导,则其实部和虚部通过C-R方程而联系起来xyo5960例:1、f(z)=z2在z0点的导数:2、f(z)=|z|2在z0点的导数:61极限与方向有关,f(z)=|z|2在
z0点不可导!如’不变,
z=z0+z’=z0+ei’R’R’0过程中对应的,同时都在变化,只有在oo’连线或延长线上,’都是常数
xz0o•’yz’•xyx’y’o’’S62复变函数求导方法(如果存在):
一、已知f(z),求导:与实变函数求导类似。 二、已知
u(x,y)+iv(x,y),求导:63例:64§1.4解析函数
一、解析函数的定义:如果单值函数f(z)在点z0及其邻域内处处可导,则称f(z)在z0点解析。又若f(z)在区域B上每一点都解析(可导),则称f(z)是区域B上的解析函数
z0点可导与z0点解析的区别:函数f(z)=|z|2(§1.4例2)在z=0点可导,而在其他点均不可导,故z=0点不解析。z0z0邻域65可导与解析的关系z0点解析z0
点可导区域上可导区域上解析不一定!66二.解析函数的性质:若函数f(z)=u+iv在区域B上解析,则 1、u(x,y)=C1与v(x,y)=C2互相正交;将C-R方程两边对应相乘,u(x,y)=C1
v(x,y)=C2代表的函数族,在交点(x,y)处相互正交6768例1、f(z)=z=x+iy
x=C1,y=C2xyoy=C2(电场线)x=C1(等势线)69例2、f(z)=lnz=ln(x2+y2)1/2+iArgz
x2+y2=C1,Argz=C2oxyx2+y2=C1Argz=C270例3、f(z)=z2=x2-y2+2ixyx2-y2=C1,xy=C271
2、如果2u=0和2v=0,即u和
v是调和函数;将CR方程前式对x求导,后式对y求导,两式相加,得:同理可得:
u,v满足2DLaplace方程,u,v叫作共轭调和函数72Pierre-SimonLaplace
Born:23March1749inBeaumont-en-Auge,Normandy,France
Died:5March1827inParis,FranceLaplaceprovedthestabilityofthesolarsystem.InanalysisLaplaceintroducedthepotentialfunctionandLaplacecoefficients.Healsoputthetheoryofmathematicalprobabilityonasoundfooting(建筑声学).73三.确定解析函数
给定u,求v验证(1.4.4)是全微分?正确CR条件利用调和函数性质,Laplace方程74(1)曲线积分法全微分的积分与路径无关,可选择特殊路径完成积分(2)凑全微分显式法(3)不定积分法75例1.已知解析函数f(z)的实部求虚部和这个解析函数。解:
(1)曲线积分法调和函数验证76C-R(x,y)(x,0)xyo77(2)凑全微分显式法(3)不定积分法结果78例2.已知解析函数f(z)的虚部求实部u(x,y)和这个解析函数。解:(凑全微分显式法)
7980§1.5平面标量场(3D物理问题用2D模型研究)
平面标量场的概念平面静电场电势为调和函数存在解析函数,称为静电场的复势设u为电势,u=c1等势线族v=c2电力线族ABdsEnds切线方向余弦(见后图)电通量N,纵深宽度Wds
法线n方向余弦n81ds
法线n+方向oyxds切线方向ds
法线n-方向n+n--/2左侧右侧82y轴的绝对方位角法线n的绝对方位角83于是这样即,v(x,y)在A和B两点取值之差就是A和B两点之间穿过的电通量,v(x,y)称为通量函数84如果用8512左2右1左右86例1分析由描述的场解:87平面静电场(带电导体平面)无旋流速场u=常数(虚线族)电场线等速度势线v=常数(实线族)等势线流线xy图1-5:这里u代表通量函数!--无限长带电(电荷线密度)导线,构成交叉零电势面(白色虚线),原点附近场分布相似图1-5的实线族。x=yx=-y88例:准无限长带电(电荷线密度)导线的复势研究oxyA(1,1)B(2,2)dsdsdsnds=dl1
dl2
ndl1dl2899091=-N,原因是教材中N=v(x2,y2)-v(x1,y1)面积分法向用n+,
而实际常用n-。92例:准无限大带电(电荷面密度)平面的复势研究xyz’o’’ABW为面积分区域宽度93=-N,N=v(x2,y2)-v(x1,y1)中面积分法向用n+,这里用n-。94例2.已知平面静电场的电力线为抛物线族求等势线。解:若取v非调和函数!取F(t)
待定9596代入拉氏方程即亦即积分一次再积分一次于是有97引用前节结果,得等势线方程为变换到直角坐标,令即得98带电金属平板的静电场:金属板:等势线;:电力线xy99§1.6多值函数一、定义:对于自变数z的每一个值,有不止一个函数值w与之相对应,w便称为z的多值函数。二、 1.多值性n=2,3,…重复前二值1002.自变数变化时函数关系的变化•处理多值函数时,首先要解决的问题是自变数z与函数w的对应关系,特别是当z连续变化时这种对应关系的可能变化。从出发,绕红线(含z=0!),绕紫线(不含z=0!),两个单值分支1013.支点对于多值函数w=f(z),如绕某点z0
一周,函数值
w不复原,而当z
不绕
z0点转一圈回到原处时,函数值还原。则称
z0
点为f(z)的分支点。z
绕支点n圈,函数值复原,该支点称为n-1阶支点。z=0是的一阶支点。亦是一阶支点。
因此,为了完全确定多值函数w=f(z)的函数值w与自变数z之间的对应关系,除了要在某一点z规定函数的对应值,还必须说明z的变化路径!
1024.黎曼(Riemann)面单值分支单值分支xyoxyoArg(z)=0Arg(z)=2Arg(z)=2Arg(z)=4平面平面切割线103
104w1:z的幅角0~2,4~6,8~10,…w2:z的幅角2
~
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2025上半年中学教师资格证《英语学科知识与教学能力》真题卷
- 2025消防考试安全题库及答案
- 2025医院感染预防与控制知识考试题与标准答案
- 2026年2026年新版科学知识综合考试题库试卷及答案
- 2026年甘肃环县自来水公司招聘临考冲刺模拟试卷及答案
- 2026年电子商务师考试题及答案
- 【方案】2026智慧港区综合解决方案
- 2026下半年高中信息技术教资面试网络安全题库
- 高中音乐教资面试乐理专项题库
- 肝功能不全病人的手术麻醉
- 云南民族大学附属高级中学2026届高三上学期联考(一)地理试卷(含解析)
- 中药材采购合同协议模板
- 企业内部控制系统模板
- 底商出租管理办法
- 水产工程技术人员岗位面试问题及答案
- 化工现场定置管理制度
- 五年级科学家长会教学课件
- 医院vi 设计合同标准文本
- 化工厂变换岗位考试题库
- 哲学类论文开题报告模板
- 2024建设工程施工合同(示范文本GF)
评论
0/150
提交评论