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[工科复变函数] 解析函数

复变函数的导数与微分#

在复变函数中,可导与可微是等价的

所以要证明复变函数在某点是否可微时只需算该点的导数是否存在

f′(z0)=f(z0+Δz)−f(z0)Δzf^{\prime}(z_0) = \frac{f(z_0+\Delta z)-f(z_0)}{\Delta z}

复变函数导数的几种表示形式#

f′(z)=∂u∂x+i∂v∂x=∂v∂y−i∂u∂y\begin{aligned} f^{\prime}(z) &= \frac{\partial u}{\partial x} + i \frac{\partial v}{\partial x} \\[1.5em] &= \frac{\partial v}{\partial y} - i \frac{\partial u}{\partial y} \end{aligned}

第二种的计算过程

f′(z)=lim⁡Δz→0f(z+iΔy)−f(z)iΔy=1i⋅∂f∂y=1i(∂u∂y+i∂v∂y)=∂v∂y−i∂u∂y\begin{aligned} f^{\prime}(z) &= \lim_{\Delta z \to 0} \frac{f(z+i\Delta y)-f(z)}{i\Delta y} \\[1.5em] &= \frac{1}{i} \cdot \frac{\partial f}{\partial y} \\[1.5em] &= \frac{1}{i} \left( \frac{\partial u}{\partial y} + i \frac{\partial v}{\partial y} \right) \\[1.5em] &= \frac{\partial v}{\partial y} - i \frac{\partial u}{\partial y} \end{aligned}

解析#

解析与可导的区别#

解析用于描述区域而可导用于描述点,也就是解析 ⊇\supseteq 可导

若函数在一个区域内处处可导,则称该函数在该区域内解析

f(z)f(z)在z0z_0点处可导 ⇐\Leftarrow f(z)f(z)在z0z_0处解析

f(z)f(z)在z0z_0点处的邻域可导 ⇔f(z)\Leftrightarrow f(z)在z0z_0处解析

柯西-黎曼条件#

函数f(z)=u(x,y)+iv(x,y)f(z)=u(x,y)+iv(x,y)在区域DD内有定义则:

f(z)f(z)在点z=x+iyz=x+iy可微/可导 ⇔\Leftrightarrow 在点x+iyx+iy处,u(x,y),v(x,y)u(x,y),v(x,y)可微/可导且满足柯西-黎曼条件:

∂u∂x=∂v∂y∂u∂y=−∂v∂x\begin{aligned} \frac{\partial u}{\partial x} &= \frac{\partial v}{\partial y} \\ \frac{\partial u}{\partial y}&=-\frac{\partial v}{\partial x} \end{aligned}

柯西-黎曼条件仅是f(z)f(z)可导的必要条件,但若再证明ux′,uy′,vx′,vy′u^{\prime}_x,u^{\prime}_y,v^{\prime}_x,v^{\prime}_y在zz点处连续,则可得到f(z)f(z)在zz点处可微/可导的充分必要条件

如何求得/证明一个函数的解析区域#

  1. 先使用柯西-黎曼条件,求出u,vu,v的偏导数
  2. 列出方程组,解出x,yx,y为何值时满足柯西-黎曼条件
  3. 判断ux′,uy′,vx′,vy′u^{\prime}_x,u^{\prime}_y,v^{\prime}_x,v^{\prime}_y在x,yx,y的取值范围内是否连续,若不连续则不可导
  4. x,yx,y为点或线,则函数无解析区域,函数在此处可导;若x,yx,y为区域,函数在此区域内解析

解析的一个必要条件#

若ω=u(x,y)+iv(x,y)\omega = u(x,y) + iv(x,y)是解析函数,则∂ω∂zˉ=0\frac{\partial\omega}{\partial \bar z}=0,即ω\omega只用zz就可表示

将解析函数f(x+iy)f(x+iy)化成f(z)f(z)的方法#

令y=0y=0

f(x+yi)=f(x)=关于x的函数f(x+yi) = f(x) = \text{关于}x\text{的函数}

将xx替换成zz即可得到f(z)f(z)

[工科复变函数] 解析函数
https://alkaid114.github.io/posts/complex_func/analytic_func/
作者
Alkaid114
发布于
2025-07-07
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0