第二章、复变函数

本文详细介绍了复变函数的基本概念,包括极限、连续性、一致连续性和可微性的定义。解析函数的条件以及柯西黎曼条件被阐述,同时讨论了指数函数、对数函数、幂函数、余弦函数和正弦函数等初等函数的特性。这些理论构成了复变函数理论的基础。

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第二章、复变函数

1. 解析函数

极限的定义

设函数w=f(z)在集E上确定,z0是E的一个聚点,α是一个复常数.如果任给ε>0,可以找到一个与ε有关的正数δ=δ(ε)>0,使得当z∈E,并且0<∣z−z0∣<δ时,\qquad设函数w=f(z)在集E上确定,z_0是E的一个聚点,\alpha是一个复常数.如果任给\varepsilon \gt0,可以找到一个与\varepsilon有关的正数\delta=\delta(\varepsilon)\gt0,使得当z\in E,并且0\lt|z-z_0|\lt \delta时,w=f(z)E,z0E,α.ε>0εδ=δ(ε)>0使zE0<zz0<δ
∣f(z)−α∣<ε,|f(z)-\alpha|\lt \varepsilon,f(z)α<ε,

那么我们说,当z趋于z0z_0z0时,f(z)趋近于极限α\alphaα,写作
lim⁡z→z0f(z)=α\lim\limits_{z\rightarrow z_0}f(z)=\alphazz0limf(z)=α

连续的定义

 设函数f(z)=u(x,y)+iv(x,y)f(z)=u(x,y)+iv(x,y)f(z)=u(x,y)+iv(x,y)在集E上确定,并且集E的聚点z0∈E.z_0\in E.z0E.如果
lim⁡z→z0f(z)=f(z0),\lim\limits_{z\rightarrow z_0}f(z)=f(z_0),zz0limf(z)=f(z0),
那么我们说f(z)在z0z_0z0连续.设f(z)在E上每一聚点连续,那么f(z)称为在集E上连续.

一致连续

∀ε>0,∃δ>0,∀z1,z2∈E,当∣z1−z2∣<δ时,∣f(zz)−f(z2)∣<ε恒成立,则称函数f(z)在E上一致连续\qquad\forall \varepsilon>0,\exists \delta>0,\forall z_1,z_2\in E,当|z_1-z_2|<\delta时,|f(z_z)-f(z_2)|<\varepsilon恒成立,则称函数f(z)在E上一致连续ε>0,δ>0,z1,z2E,z1z2<δ,f(zz)f(z2)<ε,f(z)E
i.e.如果任给ε>0,可以找到一个与ε有关、但与z无关的正数δ>0,使得当z1,z2∈E,并且∣z1−z2∣<δ时,∣f(z1)−f(z2)∣<ε,那么称函数f(z)在E上一致连续.\qquad i.e.如果任给\varepsilon>0,可以找到一个与\varepsilon有关、但与z无关的正数\delta \gt0,使得当z_1,z_2\in E,并且|z_1-z_2|<\delta时,|f(z_1)-f(z_2)|<\varepsilon,那么称函数f(z)在E上一致连续.i.e.ε>0εzδ>0,使z1,z2E,z1z2<δf(z1)f(z2)<ε,f(z)E.

解析函数

如果\qquad如果
lim⁡z→z0f(z)−f(z0)z−z0\lim\limits_{z\rightarrow z_0}\frac{f(z)-f(z_0)}{z-z_0}zz0limzz0f(z)f(z0)
存在,并且等于复数α,那么就说f(z)在z0可微或者可导,或者有导数α,记做f′(z0).存在,并且等于复数\alpha,那么就说f(z)在z_0可微或者可导,或者有导数\alpha,记做f'(z_0).α,f(z)z0αf(z0).

柯西黎曼条件

设函数f(z)=u(x,y)+iv(x,y)在区域D内确定,那么f(z)在点z=x+iy∈\qquad设函数f(z)=u(x,y)+iv(x,y)在区域D内确定,那么f(z)在点z=x+iy\inf(z)=u(x,y)+iv(x,y)Df(z)z=x+iy D可微的充要条件

  1. 在点z=x+iy,u(x,y)及v(x,y)可微z=x+iy,u(x,y)及v(x,y)可微z=x+iy,u(x,y)v(x,y)
  2. ∂u∂x=∂v∂y,∂u∂y=−∂v∂x\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y},\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x}xu=yv,yu=xv

2. 初等函数

  1. 指数函数:f(z)=ezf(z)=e^zf(z)=ez
  2. 对数函数:f(z)=ln∣z∣+iArg zf(z)=ln|z|+iArg\ zf(z)=lnz+iArg z
    • 定义ln∣z∣+iargz(−π<argz≤π)ln|z|+iargz(-\pi\lt argz\leq\pi)lnz+iargz(π<argzπ)为Lnz的主值,记做ln zln\ zln z
  3. 幂函数:w=zα=eαLn z=eαln ze2kπiw=z^\alpha=e^{\alpha Ln\ z}=e^{\alpha ln\ z} e^{2k\pi i}w=zα=eαLn z=eαln ze2kπi
    • α为有理数,且α=mn,则α是n值的\alpha为有理数,且\alpha=\frac{m}{n},则\alpha是n值的αα=nmαn
    • 余弦函数:cosz=eiz+e−iz2cosz=\frac{e^{iz}+e^{-iz}}{2}cosz=2eiz+eiz
    • 正弦函数:sinz=eiz−e−iz2isinz=\frac{e^{iz}-e^{-iz}}{2i}sinz=2ieizeiz
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