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解析函数

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解析函数

复变函数的导数

当函数不解析时, 需要通过导数的定义计算导数/判断导数是否存在

f′(z0)=lim⁡Δz→z0f(z0+Δz)−f(z0)Δz f'(z_0)=\lim_{\Delta z\to z_0}\frac{f(z_0+\Delta z)-f(z_0)}{\Delta z}

  • 当 f(z)=u(x,y)+iv(x,y)f(z)=u(x,y)+iv(x,y) 时, 可直接使用 C-R 方程判断
  • Δz=Δx+iΔy\Delta z=\Delta x+i\Delta y

解析函数定义

f(z)f(z) 在 z0z_0 及 z0z_0 的邻域内处处可导, 则称 f(z)f(z) 在 z0z_0 处解析
若 f(z)f(z) 在 DD 内每一点解析, 则称 f(z)f(z) 为 DD 内解析函数

函数解析的充要条件

柯西方程

函数在 z=x+yiz=x+yi 可导的条件为:

  1. u(x,y)u(x,y) 与 v(x,y)v(x,y) 在 (x,y)(x,y) 处可微
  2. 满足柯西方程( C-R 方程):

∂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}

  1. 当 f(z)=u(x,y)+iv(x,y)f(z)=u(x,y)+iv(x,y) 时, 应将实部带入 xx, 虚部带入 yy

解析函数的导数

满足 C-R 方程时, 可按以下公式计算函数导数

f′(z)=∂u∂x+i∂v∂x f'(z)=\frac{\partial u}{\partial x}+i\frac{\partial v}{\partial x}

通过 C-R 方程还可以得到另外 3 个变形

调和函数

对于二元实函数 f(x,y)f(x,y)
如果满足

∂2f∂2x+∂2f∂2y=0 \frac{\partial^2 f}{\partial^2 x}+\frac{\partial^2 f}{\partial^2 y}=0

则称 f(x,y)f(x,y) 为调和函数

共轭调和函数

设调和函数 f(x,y)f(x,y) 与 g(x,y)g(x,y)
如果函数满足

∂f∂x=∂g∂y  ,    ∂f∂y=−∂g∂x \frac{\partial f}{\partial x}=\frac{\partial g}{\partial y}\;,\;\;\frac{\partial f}{\partial y}=-\frac{\partial g}{\partial x}

则称 f(x,y)f(x,y) 的共轭调和函数是 g(x,y)g(x,y)
(求共轭调和函数前需要先验证 f(x,y)f(x,y) 是调和函数)

将 f(x,y)f(x,y) 作为实部, g(x,y)g(x,y) 作为虚部得到的函数为解析函数

求共轭调和函数

已知 f(x,y)f(x,y) 求 g(x,y)g(x,y) 时(或相反), 仅知道 g(x,y)g(x,y) 的全微分(通过柯西方程), 反向求 g(x,y) 时, 必定会产生一个未知的常数 C, 需要通过初始条件确定