复变函数与积分变换-第二章ppt课件.ppt
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1、 第第2章章 解析函数解析函数2.1 解析函数的概念解析函数的概念 1.复变函数的复变函数的导数导数于是邻域内任意一点,对的单值函数,的某邻域内有定义在点设函数zzzzfw00)( ,存在(为有限的复数),如果极限Azzfzzfzwzfzzfwzz)()(limlim )()(000000 复变函数与积分变换复变函数与积分变换 ,)( )()(000即,或的导数,记为称为函数处可导,在则称函数zzdzdwzfzfAzzf,zzfzzfzfz)()(lim)( 0000 复变函数与积分变换复变函数与积分变换0)z( |)(|)( :0zozzfw或 )()( )( )(00000处可微。在处的微
2、分,也称函数在函数为或也称zzzfdzzfzzfzdf 复变函数与积分变换复变函数与积分变换导数的分析定义:导数的分析定义:时,有,并且当使得当,可以找到一个整数对任意的|0),(0 0zzDz,|)()( | 00Azzzfzf 复变函数与积分变换复变函数与积分变换 导数运算法则导数运算法则 复变函数的求导法则(以下出现的函数均假设可导): (1) 其中 为复常数; (2) 其中 为正整数; (3) ;, 0)(CC,1nnnzz )(n)()()()(zgzfzgzf)()()()()()(zgzfzgzfzgzf)0)()()()()()()()(2zgzgzgzfzgzfzgzf(4)
3、 (5) ; 复变函数与积分变换复变函数与积分变换(6) ; (7) 是两个互为反函数的单值函数,且 .)(),()()(zwzwfzf其中1( )( )( )( )fzwf zzww,其中和0w( ). 复变函数与积分变换复变函数与积分变换2.解析的概念 复变函数与积分变换复变函数与积分变换 )()(00在处解析;称的邻域内处处可导,则及在如果zfzzzf内解析函数;内解析,我们也说是在内处处解析,则称在区域如果DDzfDzf)()(.)(,)(解析内在闭区域那么称上每一点都属于内处处解析,而闭区域在区域如果DzfGDGzf 复变函数与积分变换复变函数与积分变换u注解1、“可微”有时也可以称
4、为“单演”,而“解析”有时也称为“单值解析”、“全纯”、“正则”等;u注解2、一个函数在一个点可导,显然它在这个点连续;u注解2、解析性与可导性的关系:在一个点的可导性为一个局部概念,而解析性是一个整体概念;注解:注解: 复变函数与积分变换复变函数与积分变换u注解3、函数在一个点解析,是指在这个点的某个邻域内可导,因此在这个点可导,反之,在一个点的可导不能得到在这个点解析;u注解4、闭区域上的解析函数是指在包含这个区域的一个更大的区域上解析;u注解5、解析性区域;注解:注解: 复变函数与积分变换复变函数与积分变换四则运算法则则上解析在区域和如果,)()(Dzgzf上解析,并且有域在区、Dzgz
5、gzfzgzfzgzf)0)()()()()()()()( )()()( )()()( )( )()(zgzfzgzfzgzfzgzfzgzf2)()( )()()( )()(zgzgzfzgzfzgzf 复变函数与积分变换复变函数与积分变换复合函数求导法则,内解析,又在区域内解析,函数在区域设函数GDfGgwDzf)()()()( )( )()( zfzfgzfgzh并且有:在内解析,则复合函数)()(zhzfgw 复变函数与积分变换复变函数与积分变换反函数求导法则,又反函数且内解析,在区域设函数0)( )(zfDzf)( 1)( 1)( )(wfzfzwz则有:存在且为连续,)()(1ww
6、fz 复变函数与积分变换复变函数与积分变换u利用这些法则,我们可以计算常数、多项式以及有理函数的导数,其结果和数学分析的结论基本相同。注解:注解: 复变函数与积分变换复变函数与积分变换2.2 函数解析的充要条件 复变函数与积分变换复变函数与积分变换Cauchy-Riemann条件: 复变函数与积分变换复变函数与积分变换条件是可导的充要在点内确定,那么在区域设函数定理DiyxzzfDyxivyxuzf)(),(),()( 1 . 3处可微,在点和虚部、实部),(),(),(1yxyxvyxu方程):程(简称黎曼方满足柯西和、RCyxvyxu-),(),(2xvyuyvxu 复变函数与积分变换复变
7、函数与积分变换定理3.1的证明(必要性):导数的定义,可得:,则由处可导,把记为在设ibazfiyxzzf)( )(|)(|)( |)(|)()()(zoyixibazozibazfzzf实部和虚部整理得:。按,其中yixzviuzfzzf)()(;|)(|),(),(zoybxayxuyyxxu(,)( , )(|)v xx yyv x yb xa yoz ;xvyuyvxu 程成立:方处可微,并有在及因此,RCyxyxvyxu),(),(),( 复变函数与积分变换复变函数与积分变换程成立,则有方处可微,并有在及设RCyxyxvyxu),(),(),(;|)(|),(),(zoyyxuxyx
8、uuyx;|)(|),(),(zoyyxvxyxvvyx:方程可得由RC ;|)(|)(,(),(zoyixyxivyxuviuwxx所以ibayxivyxuxxzwz),(),(lim0处可导。在即iyxzzf)(定理3.1的证明(充分性): 复变函数与积分变换复变函数与积分变换复变函数的解析条件 复变函数与积分变换复变函数与积分变换解充要条件是内区域函数定理Dyxivyxuzf),(),()( 2 . 3处处可微,内在区域和虚部、实部Dyxvyxu),(),(1方程):程(简称黎曼方满足柯西和、RCyxvyxu-),(),(2xvyuyvxu 复变函数与积分变换复变函数与积分变换注解: 和
9、数学分析中的结论不同,此定理表明解析函数(可导函数)的实部和虚部不是完全独立的,它们是柯西-黎曼方程的一组解; 柯西-黎曼条件是复变函数解析的必要条件而非充分条件(见反例); 解析函数的导数有更简洁的形式:yuyvyuxuxvyvxvxuiiiizf )( 复变函数与积分变换复变函数与积分变换反例:u(x,y)、v(x,y)如下:000),(),(222222yxyxyxvyxuyxxy 复变函数与积分变换复变函数与积分变换方程:满足,则在点令RCzyxivyxuzf0),(),()(0 0 xvyuyvxu.,0)()0 , 0(),(),(从而不可导不连续在函数不连续,所以复变在点、但zz
10、fyxvyxu 复变函数与积分变换复变函数与积分变换有定义,内区域推论:设函数Dyxivyxuzf),(),()(成立:方程,并且四个偏导数存在且连续的和内在如果RCyxvyxuDzf),(),()( xvyuyvxu 内解析。在则Dzf)( 复变函数与积分变换复变函数与积分变换例1 讨论下列函数的可导性和解析性:).sin(cos)( (3). ;|(2). ;Re.12yiyezfzwzwx)( 复变函数与积分变换复变函数与积分变换,且,)因为解:(01vxu0 0 0 , 1yvxvyuxu.,Re从而不解析导可在整个复平面内处处不所以立,方程在整个复平面不成所以zwRC 复变函数与积分
11、变换复变函数与积分变换且,所以、, 0|)2(22222vyxuyxzw0 02y ,2yvxvyuxux不解析。,因此,在整个复平面上不可导。,;可导,在方程成立,所以处只有在点)()(00)( 0)()0 , 0(zfzfzzfzzfR 复变函数与积分变换复变函数与积分变换且,所以因为,sincos)sin(cos)( (3).yevyeuyiyezfxxxcosy, siny, siny, ,cosyxyvxxvxyuxxueeee在整个复平面内解析;方程成立,所以四个偏导数连续,并且)(R-Czf 复变函数与积分变换复变函数与积分变换).()sin(cos)( zfyiyexvixuz
12、fx事实上, 复变函数与积分变换复变函数与积分变换例2为常数:在内下列条件之一,则内解析,而且满足在区域如果DzfDzf)()( 为常数)、(常数;、;、| )(|3)(Re)2( 0)( ) 1 (zfzfzf 复变函数与积分变换复变函数与积分变换得,、由证明:0)( ) 1 (yvyuxvxuiizf )(内为常数;在均为常数,从而、由数学分析的结论知,Dzfvu,0yvxvyuxu 复变函数与积分变换复变函数与积分变换方程知:,由常数,所以、因为RCuyuxu)2(,0yvxvyuxu )(内为常数;在均为常数,从而、由数学分析的结论知,Dzfvu 复变函数与积分变换复变函数与积分变换,
13、00yvyuxvxuvuvu导数得:求、常数,分别对、因为yxzf2| )(|)3(,方程得:解析,所以由因为00 )(yuxuyuxuuvvuRCzf。,所以0)(0)(2222yuxuvuvu22()00( )0vuvfzxu当时,故,x结论成立。 2.3 初等函数初等函数 3、指数函数指数函数 4、多值函数导引:幅角函数多值函数导引:幅角函数 1.指数函数指数函数(1)指数指数函数的函数的定义定义 复变函数与积分变换复变函数与积分变换;)(,1xexfRx、 我们首先把指数函数的定义扩充到整个复平面。 要求复变数z=x+iy的函数f(z)满足下列条件:上解析;在、Czf)(2);()()
14、(,3212121zfzfzzfCzz、);()()( iyfeiyxfzfx首先,),()()( yiByAiyf设 复变函数与积分变换复变函数与积分变换 由解析性,我们利用柯西-黎曼条件,有),()()( yBieyAezfxx则),()( ),( )(yByAyByA 所以,,sin)(,cos)(yyByyA 因此,).sin(cosyiyeexzyiyeiysincos 我们也重新得到欧拉公式: 复变函数与积分变换复变函数与积分变换面上的解析拓广;是实变指数函数在复平、指数函数zew 2(2)指数函数的基本性质指数函数的基本性质且有:在整个复平面是解析,在整个复平面有定义,、指数函数
15、zew 1zzee)( 复变函数与积分变换复变函数与积分变换, 2, 1, 02 |kkyArgeeezxz,、从定义知道,3. 04ze、 复变函数与积分变换复变函数与积分变换,则若加法定理):、指数函数代数性质(222111,5iyxziyxz)sin(cos)sin(cos22112121yiyeyiyeeexxzz。即2121ze zzzee)sin()cos(212121yyiyyexx21zze 复变函数与积分变换复变函数与积分变换的周期函数:是周期为、指数函数iewz26极限,但有时,无:、指数函数的渐进性态z7。即zzizeieee)2sin2(cose 2i2zxxxzzel
16、imelimz00limelimz0 xxxzze 复变函数与积分变换复变函数与积分变换:、指数函数的几何性态8平面;为整个映照把wzzewz2Im0 ,Re平面的射线映照为把直线wyz0Im2Im0 ,Rearg00zxzyw;把线段;映照为平面的圆|0 xew 复变函数与积分变换复变函数与积分变换yxz-平面uw-平面vi2zew iy00 xL LBB 复变函数与积分变换复变函数与积分变换2.三角函数三角函数与双曲函数 复变函数与积分变换复变函数与积分变换 由于Euler公式,对任何实数x,我们有: 所以有xixexixeixixsincos,sincos因此,对任何复数z,定义余弦函数
17、和正弦函数如下:,2sin,2cosieexeexixixixix,2sin,2cosieezeeziziziziz 复变函数与积分变换复变函数与积分变换三角函数三角函数的基本性质:则对任何复数z,Euler公式也成立:,sincoszizeiz 复变函数与积分变换复变函数与积分变换关于复三角函数,有下面的基本性质:1、cosz和sinz是单值函数;2、cosz是偶函数,sinz是奇函数:,cos22)cos()()(zeeeezizizzizi,sin22)sin()()(zieeieezizizzizi 复变函数与积分变换复变函数与积分变换 3、cosz和sinz是以为周期的周期函数: ,
18、cos2)2cos()2()2(zeezzizi,sin2)2sin()2()2(zieezzizi212121sincoscossin)sin(4zzzzzz、212121sinsincoscos)cos(zzzzzz 复变函数与积分变换复变函数与积分变换 证明:)(4122sincos)()()()(21212121212211zzizzizzizziizizizizeeeeiieeeezz)(4122sincos)()()()(12212112211122zzizzizzizziizizizizeeeeiieeeezz)sin()(21 sincoscossin 21)()(212121
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- 关 键 词:
- 函数 积分 变换 第二 ppt 课件
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