复变函数与积分变换重要知识点归纳中学教育高考_中学教育-高考.pdf
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1、复变函数复习重点 (一)复数的概念 1.复数的概念:zxiy,,x y是实数,Re,Imxzyz.21i .注:一般两个复数不比较大小,但其模(为实数)有大小.2.复数的表示 1)模:22zxy;2)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0,argarctan0,0,argarctanyyzxxyyzx;4)三角表示:cossinzzi,其中arg z;注:中间一定是“+”号。5)指数表示:izz e,其中arg z。(二)复数的运算 1.加
2、减法:若111222,zxiy zxiy,则121212zzxxi yy 2.乘除法:1)若111222,zxiy zxiy,则 1 212122112z zx xy yi x yx y;112211112121221222222222222222xiyxiyzxiyx xy yy xy xizxiyxiyxiyxyxy。2)若121122,iizz ezz e,则 121 212iz zz z e;121122izzezz 3.乘幂与方根 1)若(cossin)izziz e,则(cossin)nnninzzninz e。2)若(cossin)izziz e,则 122cossin(0,1,
3、21)nnkkzziknnn(有n个相异的值)(三)复变函数 1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.2复初等函数 1)指数函数:cossinzxeeyiy,在z平面处处可导,处处解析;且zzee。注:ze是以2 i为周期的周期函数。(注意与实函数不同)3)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)3)乘幂与幂函数:(0)bbLnaaea;(0)bb
4、Lnzzez 注:在除去原点及负实轴的z平面内处处解析,且1bbzbz。4)三角函数:sincossin,cos,t,22cossinizizizizeeeezzzzgzctgzizz sin,coszz在z平面内解析,且 sincos,cossinzzzz 时矢量与轴正向的夹角记为多值函幅角在数主值是位于中的幅角之间的关系如下与当当三角表示其中注中间一定是号指数表示其中二复数的运算加减法若则乘除法若则若则乘幂与方根若则若则有个相异的值三复变函数在几何上可以注是以为周期的周期函数注意与实函数不同多值函数单值函数对数函数主值的每一个主值分支在除去原点及负实轴的平面内处处解析且注负复数也有对数存在
5、与实函数不同乘幂与幂函数注在除去原点及负实轴的平面内处处解析且三念复变函数的导数点可导区域可导在区域内点点可导解析函数的概念点解析在及其的邻域内可导称在点解析区域解析在区域内每一点解析称在区域内解析在若点不解析称为的奇点解析函数的运算法则解析函数的和差积商除分母为零注:有界性sin1,cos1zz不再成立;(与实函数不同)4)双曲函数 ,22zzzzeeeeshzchz;shz奇 函 数,c h z是 偶 函 数。,s h z c h z在z平 面 内 解 析,且 ,s h zc h zc h zs h z。(四)解析函数的概念 1复变函数的导数 1)点可导:0fz=000limzfzzfzz
6、 ;2)区域可导:f z在区域内点点可导。2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 z的奇点;3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函数可导的充要条件:,f zu x yiv x y在zxiy 可导 ,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
7、:,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:时矢量与轴正向的夹角记为多值函幅角在数主值是位于中的幅角之间的关系如下与当当三角表示其中注中间一定是号指数表示其中二复数的运算加减法若则乘除法若则若则乘幂与方根若则若则有个相异的值三复变函数在几何上可以注是以为周期的周期函数注意与实函数不同多值函数单值函数对数函数主值的每一个主值分支在除去原点及负实轴的平面内处处解析且注负复数也有对数存在与实函数不同乘幂与幂函数注在除去原点及负实轴的平面内处处解析且三念复变函数的导数点可导区域可导在区域内点点可导解析函数的概念点解析在及其的邻
8、域内可导称在点解析区域解析在区域内每一点解析称在区域内解析在若点不解析称为的奇点解析函数的运算法则解析函数的和差积商除分母为零,uvuvxyyx;此时 uvfzixx。注意:若 ,u x yv 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函数可导与解析的判别方法 1)利用定义 (题目要求用定义,如第二章习题 1)2)利用充要条件 (函数以 ,f zu x yiv x y形式给出,如第二章习题 2)3)利用可导或解析函数的四则运算定理。(函
9、数 f z是以z的形式给出,如第二章习题 3)(六)复变函数积分的概念与性质 1 复变函数积分的概念:1limnkkcnkfz 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 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 12cccfz dzfz dzfz dz。3复变函数积分的一般计算法 时矢量与轴正向的夹角记为多值函幅角在数主值是位于中的幅角之间的关系如下与当当三角表示其中注中间一定是号指数表示其中二复数的运算加减法若则乘除法若则若则乘
10、幂与方根若则若则有个相异的值三复变函数在几何上可以注是以为周期的周期函数注意与实函数不同多值函数单值函数对数函数主值的每一个主值分支在除去原点及负实轴的平面内处处解析且注负复数也有对数存在与实函数不同乘幂与幂函数注在除去原点及负实轴的平面内处处解析且三念复变函数的导数点可导区域可导在区域内点点可导解析函数的概念点解析在及其的邻域内可导称在点解析区域解析在区域内每一点解析称在区域内解析在若点不解析称为的奇点解析函数的运算法则解析函数的和差积商除分母为零1)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
11、曲线c的终点,则 ()cfzd zfztzt d t。(七)关于复变函数积分的重要定理与结论 1柯西古萨基本定理:设 f z在单连域B内解析,c为B内任一闭曲线,则 0cf z dz 2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;0f z dz,其中由c及1(1,2,)ckn所组成的复合闭路。3 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
12、在变形过程中c不经过使 f z不解析的奇点。4解析函数沿非闭曲线的积分: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,计算时只要求出原函数即可。5。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 时矢量与轴正向的夹角记为多值函幅角在数主值是位于中的幅角之间的关系如下与当当三角表示其中注中间一定是号指数表示其中二复数的运算加减法若则乘除法若则若则乘幂与方根若则若则有个相异
13、的值三复变函数在几何上可以注是以为周期的周期函数注意与实函数不同多值函数单值函数对数函数主值的每一个主值分支在除去原点及负实轴的平面内处处解析且注负复数也有对数存在与实函数不同乘幂与幂函数注在除去原点及负实轴的平面内处处解析且三念复变函数的导数点可导区域可导在区域内点点可导解析函数的概念点解析在及其的邻域内可导称在点解析区域解析在区域内每一点解析称在区域内解析在若点不解析称为的奇点解析函数的运算法则解析函数的和差积商除分母为零6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 zidzfznzzn 其中c为 f z的解析区域D内围绕0z的任何一
14、条正向简单闭曲线,而且它的内部完全属于D。7重要结论:12,010,0()ncindznza。(c是包含a的任意正向简单闭曲线)8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 dt 2)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 z 3)设 f z在区域D内不解析 曲线c内仅有一个奇点:0001022()!cnncf zdzi f zzzf zidzfzzzn(()f z在c内
15、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)时矢量与轴正向的夹角记为多值函幅角在数主值是位于中的幅角之间的关系如下与当当三角表示其中注中间一定是号指数表示其中二复数的运算加减法若则乘除法若则若则乘幂与方根若则若则有个相异的值三复变函数在几何上可以注是以为周期的周期函数注意与实函数不同多值函数单值函数对数函数主值的每一个主值分支在除去原点及负实轴的平面内处处解析且注负复数也有对数存在与实函数不同乘幂与幂函数注在除去原点及负实轴的平面内处处解析且三念复变函数的导数点可导区域可导
16、在区域内点点可导解析函数的概念点解析在及其的邻域内可导称在点解析区域解析在区域内每一点解析称在区域内解析在若点不解析称为的奇点解析函数的运算法则解析函数的和差积商除分母为零 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调和函数的概念:若二元实函数(,)x y在D内有二阶连续偏导数且满足22220 xy,(,)x y为D内的调和函数。2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
17、柯西 黎曼方程,则uiv一定是解析函数。3 已知解析函数 f z的实部或虚部,求解析函数 f zuiv 的方法。1)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:若 已 知 实 部,uux y,利 用CR条 件 可 得vvuudvdxdydxdyxyyx,时矢量与轴正向的夹角记为多值函幅角在数主值是位于中的幅角之间的关系如下与当当三角表示其中注
18、中间一定是号指数表示其中二复数的运算加减法若则乘除法若则若则乘幂与方根若则若则有个相异的值三复变函数在几何上可以注是以为周期的周期函数注意与实函数不同多值函数单值函数对数函数主值的每一个主值分支在除去原点及负实轴的平面内处处解析且注负复数也有对数存在与实函数不同乘幂与幂函数注在除去原点及负实轴的平面内处处解析且三念复变函数的导数点可导区域可导在区域内点点可导解析函数的概念点解析在及其的邻域内可导称在点解析区域解析在区域内每一点解析称在区域内解析在若点不解析称为的奇点解析函数的运算法则解析函数的和差积商除分母为零故虚部为 00,x yxyuuvdxdycyx;由于该积分与路径无关,可选取简单路径
19、(如折线)计算它,其中00,xy与,x y 是解析区域中的两点。3)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(九)复数项级数 1复数列的极限 1)复数列nnnaib(1,2n)收敛于复数abi 的充要条件为 lim,limnnnnaabb (同时成立)2)复数列n收敛实数列,nnab同时收敛。2复数项级数 1)复数项级数0()nnnnnaib 收敛的充要条件是级数0nna与0nnb同时收敛;2)
20、级数收敛的必要条件是lim0nn。注:复数项级数的敛散性可以归纳为两个实数项级数的敛散性问题的讨论。(十)幂级数的敛散性 时矢量与轴正向的夹角记为多值函幅角在数主值是位于中的幅角之间的关系如下与当当三角表示其中注中间一定是号指数表示其中二复数的运算加减法若则乘除法若则若则乘幂与方根若则若则有个相异的值三复变函数在几何上可以注是以为周期的周期函数注意与实函数不同多值函数单值函数对数函数主值的每一个主值分支在除去原点及负实轴的平面内处处解析且注负复数也有对数存在与实函数不同乘幂与幂函数注在除去原点及负实轴的平面内处处解析且三念复变函数的导数点可导区域可导在区域内点点可导解析函数的概念点解析在及其的
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