复变函数课后习题答案.docx
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1、复变函数课后习题答案习题一答案 1 求下列复数的实部、虚部、模、幅角主值及共轭复数: (1) (2) (3) (4) 解:(1), 因此:, (2), 因此, (3), 因此, (4) 因此, 2 将下列复数化为三角表达式和指数表达式: (1) (2) (3) (4) (5) 解:(1) (2) (3) (4) (5) 3 求下列各式的值: (1) (2) (3) (4) (5) (6) 解:(1) (2) (3) (4) (5) (6) 4 设试用三角形式表示与 解:,所以 , 5 解下列方程: (1) (2) 解:(1) 由此 , (2) ,当时,对应的4个根分别为: 6 证明下列各题:(
2、1)设则 证明:首先,明显有; 其次,因 固此有 从而 。(2)对随意复数有 证明:验证即可,首先左端, 而右端 , 由此,左端=右端,即原式成立。(3)若是实系数代数方程 的一个根,那么也是它的一个根。证明:方程两端取共轭,留意到系数皆为实数,并且依据复数的乘法运算规则,由此得到: 由此说明:若为实系数代数方程的一个根,则也是。结论得证。(4)若则皆有 证明:依据已知条件,有,因此: ,证毕。(5)若,则有 证明:, , 因为,所以, , 因而,即,结论得证。7设试写出访达到最大的的表达式,其中为正整数,为复数。解:首先,由复数的三角不等式有, 在上面两个不等式都取等号时达到最大,为此,须要
3、取与同向且,即应为的单位化向量,由此, 8试用来表述使这三个点共线的条件。解:要使三点共线,那么用向量表示时,与应平行,因而二者应同向或反向,即幅角应相差或的整数倍,再由复数的除法运算规则知应为或的整数倍,至此得到: 三个点共线的条件是为实数。9写出过两点的直线的复参数方程。解:过两点的直线的实参数方程为: , 因而,复参数方程为: 其中为实参数。10下列参数方程表示什么曲线?(其中为实参数) (1) (2) (3) 解:只需化为实参数方程即可。(1),因而表示直线 (2),因而表示椭圆 (3),因而表示双曲线 11证明复平面上的圆周方程可表示为 , 其中为复常数,为实常数 证明:圆周的实方程
4、可表示为:, 代入,并留意到,由此 , 整理,得 记,则,由此得到 ,结论得证。 12证明:幅角主值函数在原点及负实轴上不连续。 证明:首先,在原点无定义,因而不连续。 对于,由的定义不难看出,当由实轴上方趋于时,而当由实轴下方趋于时,由此说明不存在,因而在点不连续,即在负实轴上不连续,结论得证。 13函数把平面上的曲线和分别映成平面中的什么曲线? 解:对于,其方程可表示为,代入映射函数中,得 , 因而映成的像曲线的方程为 ,消去参数,得 即表示一个圆周。 对于,其方程可表示为 代入映射函数中,得 因而映成的像曲线的方程为 ,消去参数,得,表示一半径为的圆周。 14指出下列各题中点的轨迹或所表
5、示的点集,并做图: 解:(1),说明动点到的距离为一常数,因而表示圆心为,半径为的圆周。 (2)是由到的距离大于或等于的点构成的集合,即圆心为半径为的圆周及圆周外部的点集。 (3)说明动点到两个固定点1和3的距离之和为一常数,因而表示一个椭圆。代入化为实方程得 (4)说明动点到和的距离相等,因而是和连线的垂直平分线,即轴。(5),幅角为一常数,因而表示以为顶点的与轴正向夹角为的射线。15做出下列不等式所确定的区域的图形,并指出是有界还是无界,单连通还是多连通。(1),以原点为心,内、外圆半径分别为2、3的圆环区域,有界,多连通 (2),顶点在原点,两条边的倾角分别为的角形区域,无界,单连通 (
6、3),明显,并且原不等式等价于,说明到3的距离比到2的距离大,因此原不等式表示2与3 连线的垂直平分线即2.5左边部分除掉2后的点构成的集合,是一无界,多连通区域。(4), 明显该区域的边界为双曲线,化为实方程为 ,再留意到到2与到2的距离之差大于1,因而不等式表示的应为上述双曲线左边一支的左侧部分,是一无界单连通区域。(5),代入,化为实不等式,得 所以表示圆心为半径为的圆周外部,是一无界多连通区域。 习题二答案 1 指出下列函数的解析区域和奇点,并求出可导点的导数。 (1) (2) (3) (4) 解:依据函数的可导性法则(可导函数的和、差、积、商仍为可导函数,商时分母不为0),依据和、差
7、、积、商的导数公式及复合函数导数公式,再留意到区域上可导肯定解析,由此得到: (1)到处解析, (2)到处解析, (3)的奇点为,即, (4)的奇点为, 2 判别下列函数在何处可导,何处解析,并求出可导点的导数。(1) (2) (3) (4) 解:依据柯西黎曼定理: (1), 四个一阶偏导数皆连续,因而到处可微,再由柯西黎曼方程 解得:, 因此,函数在点可导, , 函数到处不解析。(2), 四个一阶偏导数皆连续,因而到处可微,再由柯西黎曼方程 解得:, 因此,函数在直线上可导, , 因可导点集为直线,构不成区域,因而函数到处不解析。(3), 四个一阶偏导数皆连续,因而 到处可微,并且 到处满意
8、柯西黎曼方程 因此,函数到处可导,到处解析,且导数为 (4), , , 因函数的定义域为,故此,到处不满意柯西黎曼方程,因而函数到处不行导,到处不解析。3 当取何值时在复平面上到处解析? 解: , 由柯西黎曼方程得: 由(1)得 ,由(2)得,因而,最终有 4 证明:若解析,则有 证明:由柯西黎曼方程知,左端 右端,证毕。 5 证明:若在区域D内解析,且满意下列条件之一,则在D内肯定为常数。 (1)在D内解析 , (2)在D内为常数, (3)在D内为常数, (4) (5) 证明:关键证明的一阶偏导数皆为0! (1),因其解析,故此由柯西黎曼方程得 -(1) 而由的解析性,又有 -(2) 由(1
9、)、(2)知,因此即 为常数 (2)设,那么由柯西黎曼方程得 , 说明与无关,因而 ,从而为常数。(3)由已知,为常数,等式两端分别对求偏导数,得 -(1) 因解析,所以又有 -(2) 求解方程组(1)、(2),得 ,说明 皆与无关,因而为常数,从而也为常数。(4)同理,两端分别对求偏导数,得 再联立柯西黎曼方程,仍有 (5)同前面一样,两端分别对求偏导数,得 考虑到柯西黎曼方程,仍有 ,证毕。6 计算下列各值(若是对数还需求出主值) (1) (2) (3) (4) (5) (6) 解:(1) (2), 为随意整数, 主值为: (3) , 为随意整数 主值为: (4) (5) , 为随意整数
10、(6), 当分别取0,1,2时得到3个值: , , 7 求和 解:,因此依据指数函数的定义,有 , ,(为随意整数) 8 设,求 解:,因此 9 解下列方程: (1) (2) (3) (4) 解:(1)方程两端取对数得: (为随意整数) (2)依据对数与指数的关系,应有 (3)由三角函数公式(同实三角函数一样),方程可变形为 因此 即 , 为随意整数 (4)由双曲函数的定义得 ,解得 ,即,所以 ,为随意整数 10证明罗比塔法则:若及在点解析,且,则,并由此求极限 证明:由商的极限运算法则及导数定义知 , 由此, 11 用对数计算公式干脆验证: (1) (2) 解:记,则 (1)左端, 右端,
11、 其中的为随意整数。 明显,左端所包含的元素比右端的要多(如左端在时的值为 ,而右端却取不到这一值),因此两端不相等。 (2)左端 右端 其中为随意整数,而 不难看出,对于左端随意的,右端取或时与其对应;反之,对于右端随意的,当为偶数时,左端可取于其对应,而当为奇数时,左端可取于其对应。综上所述,左右两个集合中的元素相互对应,即二者相等。12 证明 证明:首先有 ,因此 ,第一式子证毕。 同理可证其次式子也成立。 13 证明 (即) 证明:首先, 右端不等式得到证明。 其次,由复数的三角不等式又有 , 依据高等数学中的单调性方法可以证明时,因此接着上面的证明,有,左端不等式得到证明。 14 设
12、,证明 证明:由复数的三角不等式,有 , 由已知,再主要到时单调增加,因此有 , 同理, 证毕。15 已知平面流场的复势为 (1) (2) (3) 试求流淌的速度及流线和等势线方程。解:只需留意,若记,则 流场的流速为, 流线为, 等势线为, 因此,有 (1) 流速为, 流线为,等势线为 (2) 流速为, 流线为,等势线为 (3) 流速为, 流线为 , 等势线为 习题三答案 1 计算积分,其中为从原点到的直线段 解:积分曲线的方程为,即 ,代入原积分表达式中,得 2 计算积分,其中为 (1)从0到1再到的折线 (2)从0到的直线 解:(1)从0到1的线段方程为:, 从1到的线段方程为:, 代入
13、积分表达式中,得 ; (2)从0到的直线段的方程为, 代入积分表达式中,得 , 对上述积分应用分步积分法,得 3 积分,其中为 (1)沿从0到 (2)沿从0到 解:(1)积分曲线的方程为, 代入原积分表达式中,得 (2)积分曲线的方程为 , , 代入积分表达式中,得 4 计算积分,其中为 (1)从1到+1的直线段 (2)从1到+1的圆心在原点的上半圆周 解:(1)的方程为,代入,得 (2)的方程为,代入,得 5 估计积分的模,其中为+1到-1的圆心在原点的上半圆周。解:在上,=1,因而由积分估计式得 的弧长 6 用积分估计式证明:若在整个复平面上有界,则正整数时 其中为圆心在原点半径为的正向圆
14、周。证明:记,则由积分估计式得 , 因,因此上式两端令取极限,由夹比定理,得 , 证毕。7 通过分析被积函数的奇点分布状况说明下列积分为0的缘由,其中积分曲线皆为。(1) (2) (3) (4) (5) 解:各积分的被积函数的奇点为:(1),(2) 即,(3) (4)为随意整数, (5)被积函数到处解析,无奇点 不难看出,上述奇点的模皆大于1,即皆在积分曲线之外,从而在积分曲线内被积函数解析,因此依据柯西基本定理,以上积分值都为0。8 计算下列积分: (1) (2) (3) 解:以上积分皆与路径无关,因此用求原函数的方法: (1) (2) (3) 9 计算 ,其中为不经过的任一简洁正向闭曲线。
15、解:被积函数的奇点为,依据其与的位置分四种状况探讨: (1)皆在外,则在内被积函数解析,因而由柯西基本定理 (2)在内,在外,则在内解析,因而由柯西积分 公式: (3)同理,当在内,在外时, (4)皆在内 此时,在内围绕分别做两条相互外离的小闭合曲线,则由复合闭路原理得: 注:此题若分解,则更简洁! 10 计算下列各积分 解:(1),由柯西积分公式 (2), 在积分曲线内被积函数只有一个奇点,故此同上题一样: (3) 在积分曲线内被积函数有两个奇点,围绕分别做两条相互外离的小闭合曲线,则由复合闭路原理得: (4),在积分曲线内被积函数只有一个奇点1,故此 (5), 在积分曲线内被积函数有两个奇
16、点,围绕分别做两条相互外离的小闭合曲线,则由复合闭路原理得: (6)为正整数,由高阶导数公式 11 计算积分,其中为 (1) (2) (3) 解:(1)由柯西积分公式 (2)同理,由高阶导数公式 (3)由复合闭路原理 , 其中,为内分别围绕0,1且相互外离的小闭合曲线。12 积分的值是什么?并由此证明 解:首先,由柯西基本定理,因为被积函数的奇点在积分曲线外。 其次,令,代入上述积分中,得 考察上述积分的被积函数的虚部,便得到 ,再由的周期性,得 即,证毕。 13 设都在简洁闭曲线上及内解析,且在上 ,证明在内也有。证明:由柯西积分公式,对于内随意点, , 由已知,在积分曲线上,故此有 再由的
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