复变函数考试复习重点.doc
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1、1/23复变函数复习重点复变函数复习重点(一)复数的概念1.1.复数的概念:复数的概念:zxiy,,x y是实数,Re,Imxzyz.21i .两个复数相等当且仅当它们的实部和虚部分别相等.注:一般两个复数不比较大小,但其模(为实数)有大小.2.2.复数的表示复数的表示1 1)模:)模:22zxy;2 2)幅角幅角:在0z 时,矢量与x轴正向的夹角,记为 Arg z(多值函数);主值 arg z是位于(,中的幅角。3)arg z与arctanyx之间的关系如下:当0,x argarctanyzx;(当当z z落于落于一、四一、四象限时,不变象限时,不变。)当0,x 0,arg20,arg2yz
2、yz (z z为纯虚数为纯虚数,落于落于虚轴虚轴)当0,argarctan(0,0,argarctan(yyzxxyyzx第二象限)第四象限);4)三角表示三角表示:cossinzzi,其中arg z;注:中间一定是“+”号。5)指数表示指数表示:izz e,其中arg z。3 3.共轭复数共轭复数:实部相同而虚部绝对值相等符号相反的两个复数称为实部相同而虚部绝对值相等符号相反的两个复数称为共轭复数共轭复数.zxiy共轭复数的性质:教材共轭复数的性质:教材 P P3 3(二)复数的运算 1.1.加减法加减法:若111222,zxiy zxiy,则121212zzxxi yy2/232.2.乘除
3、法乘除法:1)若111222,zxiy zxiy,则1 212122112z zx xy yi x yx y;1122111121212122122222222222222222xiyxiyzxiyzzx xy yy xy xizxiyzzxiyxiyxyxy。注意:22yxiyxiyxzz共轭技巧2)若121122,iizz ezz e,则121 212iz zzz e;121122izzezz例例 1、设(1)(2)(3)(3)(2)iiizii,则 z2解:|1|2|3|1|2|2|3|iiiziii例例 2、设复数z满足arg(2)3z,5arg(2)6z,那么 z(A)A、13i B
4、、3iC、1322iD、3122i解:设zxiy,则2(2)zxiy,tan323yx 2(2)zxiy,53tantan()2663yx 联立解得:1,3xy,13zi 例例 3、当11izi时,1002550zzz的值等于(A)A、iB、-iC、1D、-1解:11121112iiiiziiii,而1234,-11ii iiii,1004 25254 650482(=1,(,1iiiiii iii),10025501(1)zzzii 3.3.乘幂与方根乘幂与方根1)若(cossin)izziz e,则(cossin)nnninzzninz e。3/232)若(cossin)izziz e,则
5、122cossin(0,1,21)nnkkzziknnn(有n个相异的值)例例 4、计算1i的值1142222441(1)2(cossin)2cossin442kkiiiin 解:(0,1)k 4440,12 cos()sin()2 cos()sin()8888771,12 cos()sin()88kiiikii 时时(三)复变函数1 1复变函数:复变函数:wf z,在几何上可以看作把z平面上的一个点集D变到w平面上的一个点集G的映射.映射的象的求法:如何由映射的象的求法:如何由z z平面曲线平面曲线C C求求w w平面曲线平面曲线C C呢?呢?方法方法 已知已知()(,)(,)wfu x y
6、iv x yz若若C C的直角坐标方程为的直角坐标方程为(,)F x y,则所求,则所求C C例例 5、对于映射iwz,圆周22(1)1xy的像曲线为:1Re 2w 例例 6、对于映射1wz,圆周22(1)1xy的像曲线为:1Re 2w 2 2复初等函数复初等函数方程由方程由消去消去 x,y 得到得到.0),(),(),(yxFyxvvyxuu2222222222222222,(),1(1)12Re 2iwuiv zxiywzixiyyixyxuivixiyxiyxyxyxyyxuvxyxyyxyxyywuxy 设则由,:解得:22222222222222221,1(),1(1)12Re 2w
7、uiv zxiywzxiyxiyxyuivixiyxiyxyxyxyxyuvxyxyxxyxyxwuxy 设则由,得:解:4/231 1)指数函数指数函数:cossinzx yixyixeee eeyiy,在z平面处处可导,处处解析;且zzee。|,()Arg()2,zxzeekeyk其中 为任何整数注:ze是以2 i为周期的周期函数。12.()zezk ik的充分必要条件是其中 为任何整数例例 7、方程10ze的全部解为2()zk ik 其中 为任何整数解:210122()zzk ieeezk izk ik 其中 为任何整数,例例 8、3 4ie的辐角主值为解:3 4343 43 4,Arg
8、42,arg42;iiiiee eeke(注意注意:主值 arg z是位于(,中的幅角。)2 2)对数函数对数函数:ln(arg2)Lnzzizk(0,1,2)k (多值函数);主值:lnlnargzziz。(单值函数)Lnz的每一个主值分支ln z在除去原点及负实轴的z平面内处处解析,且1lnzz;注:负复数也有对数存在。(与实函数不同)例例 9、计算Ln(5 12)i的值解解:12Ln(5 12)ln 5 12arg(5 12)2ln13arctan2.5iiiikik3 3)乘幂与幂函数:)乘幂与幂函数:(0)bbLnaaea;(0)bbLnzzez注:在除去原点及负实轴的z平面内处处解
9、析,且1bbzbz。例例 10、设为任意实数,则1(B)A、无定义B、是实数,等于 1C、是复数,其实部等于 1D、是复数,其模等于 14 4)三角函数三角函数:sincossin,cos,t,22cossinizizizizeeeezzzzgzctgzizz.22zikzikzeeee 即即)(为任何整数为任何整数其中其中k5/23sin,coszz在z平面内解析,且sincos,cossinzzzz 注:有界性sin1,cos1zz不再成立;(与实函数不同)例例 11、解方程sincos4zizi2sincos422244ln4(arg42)ln422ln4(0,1,2,)iziziziz
10、izizizeeeeeziziieiiieizLniki kzkik 解:3)双曲函数双曲函数,22zzzzeeeeshzchz;shz奇函数,chz是偶函数。,shz chz在z平面内解析,且,shzchz chzshz。(四)解析函数的概念1 1复变函数的导数复变函数的导数1 1)点可导点可导:0fz=000limzf zzf zz;2)区域可导区域可导:f z在区域内点点可导。2 2解析函数的概念解析函数的概念1)点解析:f z在0z及其0z的邻域内可导,称 f z在0z点解析;2)区域解析:f z在区域内每一点解析,称 f z在区域内解析;3)若()f z在0z点不解析,称0z为 f
11、z的奇点;3 3解析函数的运算法则解析函数的运算法则:解析函数的和、差、积、商(除分母为零的点)仍为解析函数;解析函数的复合函数仍为解析函数;(五)函数可导与解析的充要条件1 1函数可导函数可导的充要条件的充要条件:,f zu x yiv x y在zxiy可导6/23,u x y和,v x y在,x y可微,且在,x y处满足CD条件:,uvuvxyyx 此时,有 uvfzixx。2函数解析的充要条件函数解析的充要条件:,f zu x yiv x y在区域内解析,u x y和,v x y在,x y在D内可微,且满足CD条件:,uvuvxyyx;此时 uvfzixx。注意注意:若,u x yv
12、x y在区域D具有一阶连续偏导数,则,u x yv x y在区域D内是可微的。因此在使用充要条件证明时,只要能说明,u v具有一阶连续偏导且满足CR条件时,函数()f zuiv一定是可导或解析的。3 3函数可导与解析的判别方法函数可导与解析的判别方法1)利用定义2)利用充要条件(函数以,f zu x yiv x y形式给出)3)利用可导或解析函数的四则运算定理。(函数 f z是以z的形式给出)例例 12、函数22wxyix y在如下范围内可导:(0,0)例例 13、函数()(,)(,)f zu x yiv x y在点000zxiy处连续的充要条件是(C)A、(,)u x y在00(,)xy处连
13、续B、(,)v x y在00(,)xy处连续C、(,)u x y和(,)v x y在00(,)xy处连续D、(,)(,)u x yv x y在00(,)xy处连续例例 14、若函数2222()2()f zxxyyi yaxyx在复平面内处处解析,那么实常数 a(C)A、0B、1C、2D、-2例例 15、解析函数()(,)(,)f zu x yiv x y的导函数()fz为(C)A、xyuiuB、xyuivC、xyuiuD、xxuiv例例 16、设3232()()f zmynx yi xlxy在复平面上解析,求 l,m,n(见教材 P68 页习题 8)7/23(六)复变函数积分的概念与性质1 1
14、复变函数积分的概念:复变函数积分的概念:1limnkkcnkf z dzfz,c是光滑曲线。注:复变函数的积分实际是复平面上的线积分。2 2复变函数积分的性质复变函数积分的性质1)1ccf z dzf z dz(1c与c的方向相反);2),cccf zg z dzf z dzg z dz 是常数;3)若曲线c由1c与2c连接而成,则 12cccf z dzf z dzf z dz。3 3复变函数积分的一般计算法复变函数积分的一般计算法1)化为线积分:cccf z dzudxvdyivdxudy;(常用于理论证明)2)参数方法:设曲线c:()zz tt,其中对应曲线c的起点,对应曲线c的终点,则
15、 ()cf z dzf z tz t dt。(七)关于复变函数积分的重要定理与结论1 1柯西柯西古萨基本定理古萨基本定理:设 f z在单连域B内处处解析,c为B内任一闭曲线,则 0cf z dz 例例 17、设函数)(zf在单连通区域D内解析,C是D内一条简单正向闭曲线,0z在 C 的外部,则积分10000()()Cf zdzzz02 2复合闭路定理复合闭路定理:设 f z在多连域D内解析,c为D内任意一条简单闭曲线,12,nc cc是c内的简单闭曲线,它们互不包含互不相交,并且以12,nc cc为边界的区域全含于D内,则 cf z dz 1,knkcf z dz其中c与kc均取正向;8/23
16、 0f z dz,其中由c及1(1,2,)ckn所组成的复合闭路。3 3闭路变形原理闭路变形原理:一个在区域D内的解析函数 f z沿闭曲线c的积分,不因c在D内作连续变形而改变它的值,只要在变形过程中c不经过使 f z不解析的奇点。例例 18、设1:1cz 为负向,2:3cz 正向,则122sinc cczdzz(C)A、2 iB、2 iC、0D、4 i4 4解析函数解析函数沿非闭曲线的积分沿非闭曲线的积分:设 f z在单连域B内解析,G z为 f z在B内的一个原函数,则 212112(,)zzf z dzG zG zz zB说明:解析函数 f z沿非闭曲线的积分与积分路径无关,计算时只要求
17、出原函数即可。例例 19、积分0()sinizizdzsinii(分部积分)例例 20、设c是从0到12i的直线段,则积分zcze dz(A)(分部积分)A、12eB、12e C、12eiD、12ei5 5。柯西积分公式柯西积分公式:设 f z在区域D内解析,c为D内任一正向简单闭曲线,c的内部完全属于D,0z为c内任意一点,则 002cf zdzif zzz例例 21、计算积分21121 d(1)zzz z 6 6高阶导数公式高阶导数公式:解析函数 f z的导数仍为解析函数,它的n阶导数为 0102(1,2)()!nncf zidzfznzzn9/23其中c为 f z的解析区域D内围绕0z的
18、任何一条正向简单闭曲线,而且它的内部完全属于D。7重要结论重要结论:12,010,0()ncindznza。(c是包含a的任意正向简单闭曲线)8 8复变函数积分的计算方法复变函数积分的计算方法1)若 f z在区域D内处处不解析,用一般积分法 cf z dzf z tz t dt2)设 f z在区域D内解析,c是D内一条正向简单闭曲线,则由柯西古萨定理,0cf z dz c是D内的一条非闭曲线,12,z z对应曲线c的起点和终点,则有 2121zczf z dzf z dzF zF z3)设 f z在区域D内不解析曲线曲线c内仅有一个奇点内仅有一个奇点:0001022()!cnncf zdzi
19、f zzzf zidzfzzzn(()f z在c内解析)曲线c内有多于一个奇点:cf z dz 1knkcf z dz(ic内只有一个奇点kz)或:12Re (),nkkcf z dzis f z z(留数基本定理)若被积函数不能表示成 1()nof zzz,则须改用第五章留数定理来计算。(八)解析函数与调和函数的关系1 1调和函数调和函数的概念:的概念:若二元实函数(,)x y在D内有二阶连续偏导数且满足10/2322220 xy,(,)x y为D内的调和函数。2 2解析函数与调和函数的关系解析函数与调和函数的关系解析函数 f zuiv的实部u与虚部v都是调和函数,并称虚部v为实部u的共轭调
20、和函数。两个调和函数u与v构成的函数()f zuiv不一定是解析函数;但是若,u v如果满足柯西黎曼方程,则uiv一定是解析函数。3 3已知解析函数已知解析函数 f z的实部或虚部,求解析函数的实部或虚部,求解析函数 f zuiv的方法。的方法。1)偏微分法偏微分法:若已知实部,uu x y,利用CR条件,得,vvxy;对vuyx两边积分,得 uvdyg xx(*)再对(*)式两边对x求偏导,得 vudygxxxx(*)由CR条件,uvyx,得 uudygxyxx,可求出 g x;代入(*)式,可求得虚部 uvdyg xx。2)线 积 分 法线 积 分 法:若 已 知 实 部,uu x y,利
21、 用CR条 件 可 得vvuudvdxdydxdyxyyx,故虚部为00,x yxyuuvdxdycyx;由于该积分与路径无关,可选取简单路径(如折线)计算它,其中00,xy与,x y是解析区域中的两点。11/233)不定积分法不定积分法:若已知实部,uu x y,根据解析函数的导数公式和CR条件得知,uvuufziixyxy将此式右端表示成z的函数 U z,由于 fz仍为解析函数,故 f zU z dzc(c为实常数)注:若已知虚部v也可用类似方法求出实部.u例例 22、调和函数(,)x yxy的共轭调和函数为例例 23、证明:32(,)3 u x yyx y为调和函数,并求其共轭调和函数(
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