柯西黎曼条件的应用#
eg:求参数使得函数解析#
若 f(z)=x2+axy+by2+i(cx2+dxy+y2) 在整个复平面内都可导,求参数abcd
由复变函数可导的充要条件:实部虚部函数可微且满足柯西黎曼条件: ∂x∂u=∂y∂v, ∂y∂u=−∂x∂v
其中u=x2+axy+by2,v=cx2+dxy+y2,计算偏导数:
∂x∂u∂x∂v=2x+ay;=2cx+dy;∂y∂u∂y∂v=ax+2by=dx+2y代入柯西黎曼条件:
⎩⎨⎧2x+ayax+2by=dx+2y=−(2cx+dy)化简得:
a=2c=2;d=2;b=−1;eg:求共轭调和函数#
若 u=x2+xy−y2,f(i)=−1+i,f(z) 解析,求 f(z)=u+iv
TIP考虑用多种方法做,法一是直接用算u的共轭调和函数,法二是通过表示f的导数(用实部虚部函数偏导的四种形式),然后再积分,法三(并不算一个单独的方法,凑微分这一块)。
其中u=x2+xy−y2,直接套公式偏积分:
v(x,y)=∫0,0x,y−∂y∂udx+∂x∂udy=∫0x−∂y∂udx+∫0y∂x∂udy=∫0x−(x−2y)dx+∫0y(2x+y)dy=−21x2+xy+y2+C由f(i)=−1+i,得初值条件 v(0,1)=1,C=0,所以
f(z)=x2+xy−y2+i(−21x2+xy+y2)eg:典型的根据定义判定解析#
e.g.分析 f(z)=z⋅z2 这个函数在z=0处的解析性
f(z)=(x2+y2)(x+iy)在z=0处的可导性z→0lim(x+iy)−0(x2+y2)(x+iy)−0=0在z=0处,z的邻域里的可导性Δz→0limΔz[(x+Δx)2+(y+Δy)2](x+Δx+i(y+Δy))−(x2+y2)(x+iy)=Δx→0,Δy→0limΔx+iΔy(Δx2+Δy2+2xΔx+2yΔy)(x+iy)+x2+Δx2+2xΔx+y2+Δy2+2yΔy=Δx→0,Δy→0limΔx+iΔy(Δx2+Δy2)(x+iy)+Δx+iΔy2(xΔx+yΔy)(x+iy)+x2+y2第一坨高阶无穷小在上为0=Δx→0,Δy→0limΔx+iΔy2(xΔx+yΔy)(x+iy)+x2+y2=Δx→0,Δy→0limΔx2−Δy22(2xyΔxΔy+x2Δx2+y2Δy2−i(ΔxΔy(x2−y2)+xy(Δy2−Δx2)))+x2+y2肉眼可见和xy有关在z=0邻域内不可导,也就不解析
下列函数在何处可导,何处解析?#
(1) f(z)=x2−iy
TIP考虑用偏导+柯西黎曼条件判定
∂x∂u=2x,∂y∂u=0∂x∂v=0,∂y∂v=−1,显然一阶偏导连续当满足柯西黎曼条件时:x=−21,∀y(2) f(z)=xy2+ix2y
∂x∂u=y2,∂y∂u=2xy∂x∂v=2xy,∂y∂v=x2显然一阶偏导连续当满足柯西黎曼条件时:y=x=0(3) f(z)=x2+y2x+y+ix2+y2x−y
∂x∂u=(x2+y2)2y2−x2−2xy,∂y∂u=(x2+y2)2x2−y2−2xy∂x∂v=(x2+y2)2y2−x2+2xy,∂y∂v=(x2+y2)2y2−x2−2xy显然一阶偏导连续当满足柯西黎曼条件时:x=0,y=0所以在复平面上除原点外处处解析
(4) f(z)=Imz=y
∂x∂u=0,∂y∂u=1∂x∂v=0,∂y∂v=0显然一阶偏导连续当满足柯西黎曼条件时:无解所以在复平面上处处不可导