复变函数的极限和连续

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复变函数第2章

复变函数第2章

By 宋朝红2.1 复变函数的极限2.2 复变函数的连续性2.3 导数2.4 解析函数2.5 调和函数Math HZAU第二章导数zz f z z f z Δ)()Δ(lim 000Δ−+→1 导数与微分定义:设函数w=f(z)在包含z 0的某邻域D 内有定义,点z 0+⊿z ∈D. 如果极限存在, 则称f (z )在z 0可导, 此极限值就称为f (z )在z 0的导数, 记作0000Δ0(Δ)()d ()lim .d Δ|z z z f z z f z w f z z z=→+−′==如果f (z )在区域D 内处处可导, 则称f(z)在D内可导.例1求f (z )=z 2的导数例3讨论函数f (z )=|z|2的可导性函数可导一定连续,但连续却不一定可导例2问:函数f (z )=x +2yi 是否可导?求导公式与法则①常数的导数c ′=(a+ib )′=0.②(z n )′=nz n-1(n 是自然数).③设函数f (z ),g (z ) 均可导,则[f (z )±g (z )]′=f ′(z )±g ′(z ),[f (z )g (z )]′= f ′(z )g (z )+ f (z )g ′(z )----实函数中求导法则的推广)0)((,)()(')()()('')()(2≠−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡z g z g z g z f z g z f z g z f④复合函数的导数( f [g (z )])′=f ′(w )g ′(z ),其中w=g (z )。

.0)()()()(10处可导点外)处在复平面上(除分母为导;在整个复平面上处处可由以上讨论z Q z P z R z a z a a z P nn =+++=⇒"⑤反函数的导数,其中: w=f (z )与z=ϕ(w )互为单值的反函数,且ϕ′(w )≠0。

)('1)('w z f ϕ=例3求f (z )=Arcsinz=-iLn (iz+ )的导数。

复变函数第二章

复变函数第二章
z → z0
该定理将求复变函数 f ( z ) = u( x , y ) + iv ( x , y ) 的极限问题 , 转化为求 两个二元实变函数 u( x , y ) 和 v ( x , y ) 的极限问题 .
x → x0 y → y0
x → x0 y → y0
定理 : 设 lim f ( z ) = A, lim g ( z ) = B , 那末
4
例2 : 求极限 lim cos z
解:因为 cos z = cos( x + yi ) = cos xchy − i sin xshy
z → z0
若取 u(x,y) = cos xchy , v(x,y) = sin xshy , z 0 = x 0 + iy 0 , 则有
( x , y )→ ( x0 , y0 )
0
→ 那末称 A 为 f ( z ) 当 z 趋向于 z0 时的极限 . 记作 lim f ( z ) = A. (或 f ( z ) zz → A) z→ z →
0
注意: 注意: 定义中 z → z0 的方式是任意的 . 几何意义: 几何意义 当变点z一旦进 当变点 一旦进 入z0 的充分小去 心邻域时,它的象 心邻域时 它的象 就落入A的 点f(z)就落入 的 就落入 一个预先给定的 ε邻域中 邻域中
z → z0 z → z0
(1) lim[ f ( z ) ± g ( z )] = A ± B;
z → z0 z → z0
(2) lim[ f ( z ) g ( z )] = AB; f (z) A (3) lim ( B ≠ 0). = z → z0 g ( z ) B
与实变函数的极限运算法则类似. 与实变函数的极限运算法则类似

复变函数第一章(第二讲)

复变函数第一章(第二讲)
z → z0
当 z → z 0时, f ( z ) → A。更一般可定义 f沿 D当 z → z 0时, ( f ( z ) → A)
几何意义: 当动点z一旦进入 0 的充分小去心邻域时,它的象点 当动点 一旦进入z 的充分小去心邻域时 它的象点 一旦进入 f (z)就落入 的一个预先给定的ε邻域中。如图 所 就落入A的一个预先给定的 邻域中。如图4所 就落入 示。
例 已知映射 w = 1 , 判断 : z平面上的曲线 x 2 + y 2 = 1被 z 映射成 w平面上怎样的曲线 ?
y
(z)
v
w = f (z )
ε
A
(w)
δ
z0
o
x
图4
o
u
֠
(1) 定义中 z → z0的方式是任意的. 定义中 的方式是任意的. 与一元实变函数相比较要求更高. 与一元实变函数相比较要求更高. (2) A是复数. 是复数. 是复数 (3) 若f(z)在 z0处有极限 其极限是唯一的. 其极限是唯一的 在 处有极限,其极限是唯一的.
2. 函数的极限及其性质
极限的概念
设 w = f ( z ), z ∈ N o ( z 0 , ρ ), 若存在数 A, ∀ε > 0, ∃δ , > 0, ( 0 < δ < ρ ), 当 0 < z − z 0 < δ 时 , 有 f ( z ) − A < ε , 时的极限, 则称 A为 f ( z )当 z → z 0时的极限,记作 lim f ( z ) = A 或
连续函数的运算 定理1.3.8 设f, g在z0均连续 则 均连续, 定理 在 均连续
(1) f (z) ± g(z)在z0处连续; 处连续; (2) f (z) ⋅ g(z)在z0处连续; 处连续; (3) 当g(z0 ) ≠ 0时, (z) ÷ g(z)在z0处连续。 f 处连续。

复变函数与积分变换重点公式归纳

复变函数与积分变换重点公式归纳

复变函数与积分变换第一章 复变函数一、复变数和复变函数()()()y x iv y x u z f w ,,+== 二、复变函数的极限与连续极限 A z f z z =→)(lim 0连续 )()(lim 00z f z f z z =→第二章 解析函数一、复变函数),(),()(y x iv y x u z f w +==可导与解析的概念。

二、柯西——黎曼方程掌握利用C-R 方程⎪⎩⎪⎨⎧-==xy yx v u v u 判别复变函数的可导性与解析性。

掌握复变函数的导数:yx y x y y x x v iv iu u v iu y fi iv u x f z f +==-=+-=∂∂=+=∂∂=1)('三、初等函数重点掌握初等函数的计算和复数方程的求解。

1、幂函数与根式函数θθθθθin n n n n n e r n i n r i r z w =+=+==)sin (cos )sin (cos 单值函数nk z i n ner z w π2arg 1+== (k =0、1、2、…、n-1) n 多值函数2、指数函数:)sin (cos y i y e e w xz+==性质:(1)单值.(2)复平面上处处解析,zze e =)'((3)以i π2为周期 3、对数函数ππk i z k z i z Lnz w 2ln )2(arg ln +=++== (k=0、±1、±2……)性质:(1)多值函数,(2)除原点及负实轴处外解析,(3)在单值解析分枝上:kk z z 1)'(ln =。

4、三角函数:2cos iz iz e e z -+= ie e z iziz 2sin --=性质:(1)单值 (2)复平面上处处解析 (3)周期性 (4)无界5、反三角函数(了解)反正弦函数)1(1sin 2z iz Ln iz Arc w -+== 反余弦函数 )1(1cos 2-+==z z Ln iz Arc w性质与对数函数的性质相同。

第三讲 第一章 复数函数及其极限和连续性

第三讲 第一章 复数函数及其极限和连续性

2019/12/15
11
三、函数的连续性(续)(例题)
例6:

f

z



Re |z
z |
,
z 0,试证 f z在z 0处不连续。
0, 0
证明:由例三知,当z 0时,lim f z 极限不存在, z0
故 f z在z 0处不连续。
例7: 证明: 如果 f z 在 z0 连续, f z 在 z0也连续.
,
则 lim z1i
f
z

3 1 i. ______2____ .
解: lim x2 2xy 3, lim 1 1 .
x 1 y1
x1 x 2 y2 2
y 1
2019/12/15
二、函数的极限(续)(极限的性质定理)
例3: 证明: f z Re z 当 z 0 时的极限不存在.
4
二、函数的极限
定义:设函数 w f z 定义在 z0的去心邻域 0 z z0 内,
如果有一确定的数 A 存在, 对于任意给定的 0, 相应
地必有一正数 使得当 0 z z0 0 时,有
f z A ,则称 A 为 f z 当 z 趋向于 z0 时的极限。
二、函数的极限(续)(极限的性质定理)
定理一:设 函数 f z u x, y iv x, y , A u0 iv0 ,
z0 x0 iy0 ,
ห้องสมุดไป่ตู้
则 lim f z A 的充要条件是 z z0
lim
x x0
u

x
,
y

复变函数的极限与连续性

复变函数的极限与连续性

z z0
z z0
z z0
lim f (z)g(z) lim f (z) lim g(z)
z z0
z z0
z z0
lim
f (z)
lim
z z0
f (z) (lim g(z) 0)
zz0 g(z) lim g(z) zz0
z z0
以上定理用极限定义证!
3.函数的连续性
定义
若 lim z z0
故不连续。
(2)在负实轴上 P( x,0)( x 0)
y (z) z
lim arg z y0
而 lim arg z y0
P( x,0)
ox
z
arg z 在负实轴上不连续。
定理4 连续函数的和、差、积、商、(分母不为0) 仍为连续函数; 连续函数的复合函数仍为连续函数。
由以上讨论 P(z) a0 a1z anzn在整个复平面内是连续的; R(z) P(z) 在复平面内除分母为0点外处处连续.
z0
一个预先给定的
A
ε邻域中 定义中 的方式是任意的. 与一元实变函数相比较要求更高. (2) A是复数.
2. 运算性质
复变函数极限与其实部和虚部极限的关系: 定理1
定理2
若 lim f (z) A lim g(z) B
z z0
z z0
lim f (z) g(z) lim f (z) lim g(z)
Q(z)
有界性:
设 曲 线C为 闭 曲 线 或 端 点 包 括 在内 的 曲 线 段 若f (z)在C上连续 M 0 f (z) M(z C )
1. 函数的极限
定义 设 w f (z) z O(z0 , ),若数A,

第2章 复变函数

第2章 复变函数

( x, y ) Î E .
(1)
其中 u = u ( x, y ) 和 v = v( x, y ) 是一对二元实函数, 它们分别称为 f ( z ) 的实部和虚部, 分别记 为 Re f ( z ) 和 Im f ( z ). 这说明一个复函数等价于一对二元实变量的实函数. 复函数的形如(1)式的表示形式对应于复数的代数形式. 对应于复数的指数形式, 相应地可 以将复函数表示为指数形式:
f ( z) > M ,
则称当 z 0 时, f ( z ) 趋近于无穷大 记为 lim f ( z ) = ¥.
z z0
(2) 设 w = f ( z ) 是定义在 E 上的复函数, 无穷远点 ¥ 是 E 的聚点(即对任意 r > 0, ¥ 的
r 邻域 { z : z > r } 中包含 E 中的点), 是一复数. 若对任意 > 0, 存在 r > 0, 使得当 z Î E 并且 z > r 时, 有
复变函数的连续性
定是 E 的聚点. 若
z z0
lim f ( z ) = f ( z0 ),
则称 f ( z ) 在点 z0 处(相对于集 E )连续. 若 f ( z ) 在 E 上的每一点处都连续, 则称 f ( z ) 在 E 上连 续. 例6 例 5(2)的结论表明多项式函数在复平面上处处连续. 设 f ( z ) = u ( x, y ) + iv( x, y ) 是定义在 E 上的复函数, z0 = x0 + iy0 是 E 的聚 定理 2.1.2
于是 f ( z ) f ( z0 ) f ( z ) f ( z0 )
1 f ( z0 ) . 2
1 f ( z0 ) . 即 2

复变函数论第1章第3节

复变函数论第1章第3节
z → z0 z∈E
( x , y ) → ( x 0 , y0 ) ( x , y )∈E
lim
u( x , y ) = a ,
( x , y )→ ( x 0 , y 0 ) ( x , y )∈E
lim
v( x, y ) = b ,
说明
该定理将求复变函数 f ( z ) = u( x , y ) + iv ( x , y ) 的极限问题 , 转化为求两个二元实变 函数 u( x , y ) 和 v ( x , y ) 的极限问题 .
π 3
w
2π 3
o
2
x
o
4
u
3 复变函数的极限与连续性
上有定义, 定义1.15 定义1.15 设函数 w = f ( z ) 于点集 E 上有定义, z0 为 E 的聚点 . 若存在一复数 w0 使对任给的 ε > 0, 有 δ > 0 , 只要 0 <| z − z0 |< δ , z ∈ E , 就有
π
3
的直线 ;
( 3) 双曲线 x 2 − y 2 = 4 .
解: 设 z = x + iy = r (cosθ + i sinθ ) ,
w = u + iv = R(cosφ + i sinφ ) .

R = r 2 , φ = 2θ .
因此, 因此,
w = z2 R = r 2 ,φ = 2θ .
w 平面
F
u
与点 z 对应的点 w = f ( z ) 称为点 z 的像点, 像点, 而 z 称为点 w = f (z ) 的原像.
为讨论问题方便, 以后不再区分函数、映射 为讨论问题方便, 以后不再区分函数、 和变换. 和变换
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场在空间某方向上是均匀的,则只需要在垂直于该方
向的平面上研究它,这样的场便称为平面场。本节对
解析函数在平面场研究中的应用作一简单介绍。
解析函数,实、虚部是共轭调和函数,曲线族u=常数
与v=常数是正交曲线族。 1. 平面静电场
在无电荷区,静电场电势满足拉普拉斯方程,电场所
在区域上的某一解析函数的实部(或虚部)就可以用
来表示该区域上的静电场的电势。这个解析函数称为
平面静电场的复势。其实部或虚部就是电势。
为叙述方便,这里说u是电势。u=常数,是等势线族。
曲线族v(x,y)=常量,垂直于等势线族,因而v=常量,
是电场线族。
数学物理方法 第一章
30
例1. 已知平面电场的电势为u=x2-y2,求电场线方程
分析:等势面与电力线相互正交,对应的函数组成一个解析函数 的实部与虚部,满足C-R条件
例22.已知解析函数的虚部 v(x,y) x x2y2,求实部
和这个解析函数
方法三d提u 示 :u d u d
u
u
d
(
)
2 cos ( )
2
u sin ( )
22
( ) 0, ( ) C
数学物理方法 第一章
29
1.5 平面标量场
场在物理上和工程技术上得到广泛应用。当所研究的
满足C-R条件。
x y x y
证明(板书):
数学物理方法 第一章
13
作业:试推导极坐标系中的C-R条 件
数学物理方法 第一章
14
数学物理方法 第一章
15
1.点解析
解析z 0 ;
2.区域解析 若函数在区域B内处处可导,则称f(z)在 区域B内解析;
3.若函数在点a不解析,则称点a是f(z)的奇点。
w f(zz)f(z)
lim lim
z z0
z0
z
存在,并且与 z 0 的方式无关,则称 w f (zz)
在 z 可导,并称这个极限f ( z值) 为 w f (z) 在 z 点的导
数,记作:
数学物理方法 第一章
5
例1:设 f(z)zn,求f'(z)
解:
f'( z ) l i m ( z z ) n z n l i m [ n z n 1 n ( n 1 ) z n 2z (z ) n 1 ]
( x ,0 )
(C为常数)
f(z) x 2 y 2 i(2 x y C ) z2 iC
数学物理方法 第一章
26
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
方法二:
解:
vu2y,vu2x
x y
y x
d v 2 y d x 2 x d y d (2 x y )
所以 v2xyC
f(z) x 2 y 2 i(2 x y C ) z2 iC
数学物理方法 第一章
x x y y
所以:
u v,v u x y x y
柯西-黎曼条件(C-R条件)
说明:A: C-R条件的有限性
B:可导函数的虚部与实部不是独立的,而是相互
紧密联系的。
数学物理方法 第一章
12
三、导数存在的充分必要条件
f ( z ) 在B内点z可导的充要条件是:
函数f (fz
)
(
z
)
的偏导数
u , u , v , v 存在且连续,并且
数学物理方法 第一章
1
2.性质
数学物理方法 第一章
2
(二)复变函数的连续
1. 函数在某点连续的定义
w f (z) z 0
z z0
设 w f (z) 在 z 0 点及其邻域内有定义,并
且当 z z0 时,有:
lim f ( z ) f (z z0 ) f (z0)
zz0
则称函数 w f (z)在 z 0 点连续
解:设电场线方程为:v(x,y)=c
v u 2 y, v u 2x
x y
y x
dv v dx v dy 2 ydx 2xdy d (2xy) x y
电场v 线2方xy程为C 2xy C
数学物理方法 第一章
31
2. 平面无旋液流
由于无旋,速度矢量可表为某标量的梯度,该标量称速度 势。用一解析函数f的实部或虚部表示速度势,该解析函 数称该平面无旋液流的复势,其虚部或实部即是流量函数, 所代表的曲线族是流线族。
x y
y x
dv2ydx2xdy
所以
(x,y)
= 2 ydx 2 xdy 2 ydx 2 xdy C (C为常数)
v
(0,0)
(C为常数)
( x ,0 )
(x,y)
2 ydx 2 xdy + 2 ydx 2 xdy+C
(0,0)
( x,0)
(x,y)
2 xdy=2 xy C
如何判断 f ( z ) 在点 z 是否可导?
导数存在的必要条件: u , u , v , v
x y x y
在点 z 可导的必要条件是 u , u , v , v 存在,且满足C-
R条件:u vux,uyv,uyvvxx y x y x y y x
数学物理方法 第一章
9
证明:由导数的定义知, z 以任何方式趋于零时,极限
证明: u 梯度
uuiuj, vvivj
x y
x y
则 u • v = ( u i u j ) • ( v i v j ) = u v + u v x y x y x x y y
由C-R条件 uv,vv,则u v+u v=0 x y x y x x y y
所以 u•v=0
五、复变函数的极限和连续
(一)复变函数的极限
1.定义 设函数 w f (z) 在 z 0 点的某邻域内有定义,
若对于任意给定的
,总0 存在有

使得当 0
0时| z,就z0|
有 | f(z)w0| ,
w 则称 f ( z ) 当 z z0 时以
记为:
为极限,并
0
limf (z) w0
zz0
是以任意方式
limwlimf(zz)f(z)
z z0
z0
z
存在,且有相同的极限值,即 f ( z )与 z 0 的方式无关, 使我们可讨论沿x轴和y轴趋于零的情形
设 zxyi
w f(z z)f(z)
u(x x,y y)v(x x,y y)i u(x,y)v(x,y)i
数学物理方法 第一章
10
1. z 沿平行于X轴的方向趋于零, y0,zx
27
方法三:
vu2y,vu2x
x y
y x
将上面第二式对y积分,x视作参数,有
v2xy( x)
其中 ( x) 为x的任意函数,将上式两边再对x求导
v 2y'(x)
x
由C-R条件'得(x:) 0 (x, ) C
(常数)
所以 v2xyC
f ( z ) x 2 y 2 i ( 2 x y C ) 数 学物( x 理方 法y 第i ) 一2 章 C i z 2 C 1 ( C 1 复 常 28 数 )
f(z)u(xx,y)v(xx,y)iu(x,y)v(x,y)i x
uvi x x
2. z 沿平行于y轴的方向趋于零,
x0,zyi
f(z)u(x,y+y)v(x,y+y)iu(x,y)v(x,y)i yi
v u
i
y y
数学物理方法 第一章
11
因为在 ( x , y ) 可导,因此 uvi vui
注意:连续的定义比实变函数要求更严格
连续函数:
在区域B内各点均连续的函数称为在区域内B的连续函数
数学物理方法 第一章
3
思考:
1
f(z)ez在 原 点 极 限 ? , 是 否 连 续 ?
数学物理方法 第一章
4
1.3
一、导数
导数
1.导数的定义:设函数 w f (z) 是在区域B中定义的单
值函数,对B内某一点 z ,若极限
数学物理方法 第一章
20
三、解析函数的性质
1.正交性( u•v=0 )
若函数f ( x ) u i v 在 区 域 B 上 解 析 , 则 其 实 部 和 虚 部 梯 度 正 交
或 者 u ( x , y ) C 1 , v ( x , y ) C 2 是 区 域 B 上 的 两 组 正 交 曲 线
数学物理方法 第一章
21
1.调和性(2u0,2v0)
若函数 f ( z ) u i v 在 区 域 B 上 解 析 , 则 其 实 部 和 虚 部 都 是 调 和 函 数
数学物理方法 第一章
22
B
数学物理方法 第一章
23
四、解析函数的求解
由解析函数的充要条件可知,解析函数的实部和虚部通过 C-R条件联系,因此如果知道解析函数的实部或虚部,则 可求解该解析函数。下面以虚部已知证明。 1.证明: 函 数 解 析 , 则 u , v 可 微 并 满 足 C - R 条 件
3. 平面温度场
同样可用一解析函数,其实、虚部可分别代表温度分布和 热流量函数,对应曲线族分别是等温线族和热流线族。
数学物理方法 第一章
32
本章小结: 书面作业:
P18:1, 2(1),(4),(7), (9), 3
数学物理方法 第一章
33
数学物理方法 第一章
24
2.方法 1.曲线积分法 全微分的积分与路径无关,故可以选取特 殊积分路径,使积分容易算出
2. 凑全微分显示法 把du的等式右边凑成全微分显示
3. 不定积分法
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