復變函式 複習筆記

2022-08-11 20:33:22 字數 3981 閱讀 2015

第一章:

複數的模,三角表示法,指數表示法,求根與求冪,平面對映

複數為x + yi

複數的模為 sqrt(x2 + y2)

複數的三角表示式為 sqrt(x2 + y2)(cosθ + sinθ * i)

複數的指數表示式為 sqrt(x2 + y2)eiθ

求複數的n次冪可使用指數表示式簡化計算

求複數的i次根號可使用sqrt(x2 + y2)eiθ

+ 2kπ的i次根號求得, 一共有i個解 k = 0,1,2,,,,,,i-1

平面對映  w  = 1/z  

設w = u + i*v   z = x + y*i

帶入w = 1/z可得 x = u/(u2 + v2)   y = -v/(u2 + v2) 

帶入z平面中的方程即可得到w平面上對應的方程

第二章:

可導性,解析性,初等函式的化簡

可導:從各個方向趨近於點p的導數相同即點p可導

可微:同一元函式

解析:在p和p的鄰域內處處可導

可導的充要條件:

f(z) = u(x,y) + i*v(x,y)

u,v在定義域點x+iy可微且滿足柯西黎曼方程

柯西黎曼方程: ∂u / ∂x = ∂v / ∂y       ∂u / ∂y = -∂v / ∂x

解析的充要條件:

f(z) = u(x,y) + i*v(x,y)

u,v在定義域d內處處可微且滿足柯西黎曼方程

柯西黎曼方程: ∂u / ∂x = ∂v / ∂y       ∂u / ∂y = -∂v / ∂x

區別在於乙個是點,乙個是定義域

初等函式

大部分初等函式服從實數域上初等函式的性質

z = x + i*y

ez = ex(cosy  + i siny)

ez+ 2kπ

i = ez

lnz = ln(|z|) + i argz

因為角度又可以加2kπ

所以定義主值為  ln(|z|) + i argz

chz = (ez + e-z ) / 2

shz = (ez - e-z ) / 2 

thz = (ez - e-z ) / (ez + e-z )

chz' = shz

shz' = chz

cos(z) =  (ezi + e-zi ) / 2    

sin(z) = (ezi - e-z i) / 2 

ab = eblna

第三章積分的定義同實數域上的相同,但與實數域不同的是,面積不一定是實數,有可能是虛數

當f(z)解析時,積分為0,不解析時,使用如下解法

積分的計算方法1:

按照積分曲線,將x,y用t表示,將i當成常數提出來,然後就是普通的積分了,要注意的是,dz也要相應的轉化為dt

柯西古薩基本定理:

若f(z)在單通區域內處處解析,那麼f(z)沿b內的任何一條封閉曲線c的積分為0   

復合閉路定理:

設c為多聯通區域d的一條簡單閉曲線,c1,,,,,cn是在c內部的簡單閉曲線,他們不包含也互補相交

並且c,c1,,,,,cn為邊界的區域全含與d,如果f(z)在d那麼

∫f(z)dz 在c上的積分=在c1,,,,,cn上積分的和

∫ 1 / (z-z0)  dz = 2πi 

∫ 1 / (z-z0)n  dz = 0   n>=2 

積分的計算方法2:

求積分時將導致函式不解析的點提取出來

將積分區域分割成一部分一部分的小塊,每一小塊包含乙個不解析點    

將函式轉化為 1/(z - z0)的形式即可求得積分

積分的計算方法3:

f(z0) = 1 /  2πi    * ∫  f(z) / (z-z0) dz

fn(z0) = n! /  2πi    * ∫  f(z) / (z-z0)n+1 dz

由已知的調和函式求解析函式

函式是調和函式的充要條件:

α2φ / αx2 + α2φ / αy2 = 0

若函式f(x,y) = u(x,y) + i*v(x,y)中的u, v滿足柯西黎曼方程

則稱u,v為共軛調和函式

第四章判斷級數是否收斂

1.分別判斷實部和虛部是否收斂,若均收斂則級數收斂

2.將級數用e來表達,若收斂,則級數收斂 參見p142 1.2

判斷是否收斂

把級數分為兩個部分,每個部分都要滿足收斂條件

an+1 / an < 1

n√ ̄an

< 1 

滿足這兩個條件即收斂

絕對收斂性

判斷n->∞|an|是否收斂

要記住σ 1/n發散

冪級數的收斂半徑

冪級數為 σai*zi

那麼收斂半徑為 1/limnγ|an|

若lim|cn+1 / cn|為常數u

則收斂半徑 為 1/u

函式的冪級數展開

常見冪級數展開有 1 / (1 - z) = 1 + z + z2 + ......+ zn

對於乙個函式我要想辦法把他轉變為1 / (1 - f(z)) 這樣我的冪級數展開就可以寫為

在轉化過程時

對於原函式g(z)

我找到距離展開點最近的奇點

在這個範圍內畫圓

在我對函式進行變形的過程時

保證在這個範圍內,函式一直是解析的即可

1 / (1 - f(z)) = 1 + f(z) + f2(z) + ....... + fn(z)

若要求在z0處展開

則要將函式轉化為 1 / (1 - f(z - z0))

對於負高次函式,可通過 1 / (1 - f(z - z0))求導的方式來獲得泰勒展開式

洛朗級數

若f(z)在z0處不解析,那就不能使用冪級數展開了

這個時候就可以使用洛朗級數展開

對於給定圓環域

我先將函式展開成f(z) = σ g(z) * 1 / (1 - c(z))  的形式

要求c(z) 在給定圓環域內 n ->∞時 c(z)n必須收斂

然後再按照冪級數展開的方式去做即可

第五章奇點,極點

若f(z) 在z0處不解析 則z0為f(z)的奇點

若lim z -> z

0 f(z) 為常數,則z0為f(z)的可去奇點

若lim z -> z

0 f(z) = ∞,則z0為f(z)的極點

若lim z -> z

0 f(z) = 不存在,則z0為f(z)的本性奇點

對於極點來說,若z0重複出現n次,則z0為n級極點

若f(z) = p(z) / q(z)

那麼 z0是q(z)的n級0點,是p(z)的m級0點

那麼z0是f(z)的n - m級極點 

留數若z0為f(z)的一級奇點

res(f(z), z0) =  lim z->z0  (z - z0) *f(z)   

若z0為f(z)的m級奇點

若f(z) = p(z) / q(z)

若z0為一級極點

那麼res(f(z), z0) =  lim z->z0  p(z) / q'(z)

對於f(z)其在復平面上所有留數的和為0,若圓周內留數過多,可求圓周外的留數的相反數來代替元週內的留數

res(f(z), ∞) = res(f(1/z) * 1 / z2,  0)

留數定理

∫ f(z)dz = 2πi*res(f(z), z0)  

要求圓域內只有z0乙個極點

求定積分

sinθ = (z2 - 1 )/ 2iz

cosθ = (z2 + 1 )/ 2z

dθ = dz / iz

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