复变函数与积分变换(刘建亚)作业答案
复变函数与积分变量课后习题答4(全).doc
（1）% =解 （1）当刀f 8⑵I …殍(3卜=M / _ J|2”=cos 2n0 + i sin 2月们贫-► 8时,cos 2sin 2H0的极限都不存在，故z n=$土发散.故急捉+）发散.习题四1.下列序列是否有极限?如果有极限,求出其极限.+ 土 （2）% =吗气（3）礼=（号）. n n \z ） 时,衫不存在极限，故％的极限不存在.0 （n — 8）,故［血z n — 0. ir —8 令m 二厂普r 2n.=信）"无极限.2. 下列级数是否收敛?是否绝对收敛？⑴§（螺+ ：）；⑵名首；（3疙（l+i ）". 解（1）因无上A 】n⑵»1彳=史吉收敛:故（2）绝对收敛.91-1 M • I Al n•（3） lini （l + i ）rt= lim （再）％孕，*0,故发散.庶—8 ”一＞8 3. 试证级数£ （2之尸当J I ＜号时绝对收敛.当危\(2z)n\= 2” •\(2z)n\ = (2r)n < 1. S（2r）rt收敛，故S（2z）n绝对收敛.M a 1 It « 1解⑴击4. 试确定下列慕级数的收敛半径. ⑴、狎(2)£(1 +』)心气(3)S解 (1) lim 勺为 | — lim "-— 1,故 R 二 1, n —^8| >1—8 Tl(2) lim V \C n \ = lim J (1 + —) = lim(l + —)n= e,l|f 8A Y \Tl f ”—8 fl故R =』・ e(3) lim I 1 = lim y~~“ = lim —= 0,Wf 8 I C n I 闻f 8 ( Tl + I / ! JI —8 ?1 + 1故 R = 8.5. 将下列各函数展开为z 的幕级数,并指出其收敛区域.⑴ 7~~~~j ； (2) 7 ----- K ---- (a 工 0,& 会 0)；1 + z \z - a)\z - b)fl N〈3) ~ ； (4)ch z; (5)sir?z ； (6)6*-1. (1 + z )]1- (- z') 8 8、(-/)”=云(-I)”』，原点到所有奇点的距离最小值为1 ,故I Z | < 1.(2)1 .(a = b )4- a -Z-an oc=z -=an 0原式收敛区域:2.(a h b )1 ( 1a -b z - a原式)2 尊一=、(- 1)1 次”-2,力=1(4)ch ze[+e" ―2—z2n一2（：〃！二 n!S(2”)!，1 一cos2z< 8.-[1 V (2z)H • (- 1)”2 一 2 2 乙_ JL 小(一1)2 •一2：(2Q!(5)sin2in =0(2n)!< 8.E）=广•六(。
07000048-05级复变函数与积分变换(工科A卷)参考答案
课程编号：07000048北京理工大学2006—2007学年第二学期2005级复变函数与积分变换试题A 卷参考答案与评分标准一 (6) 求下列复数的值。
(1) ()i i - 解：原式(ln||2)2()22()i i ik i k iLn i e eek Z ππππ----===∈ …………3’(2) ()i Ln e解：原式ln ||arg()2(21) ()i i e i e k i k i k Z ππ=++=+∈ …………3’二 (10) (1) 求区域{:||1}z z i -<在映射2()w z i =-下的像，并作出其映射过程的图形。
解：该映射可分解为11, 2,w z i w w =-=而区域{:||1}z z i -<是以i 为心、1为半径的圆盘，经平移1w z i =-后得到在1w 平面的象为圆盘11{:||1}w w <，然后伸长2倍得到在w 平面的象为圆盘{:||2}w w <。
………2’(2) 判别函数222()()(2)f z x y x i xy y =--+-在复平面上哪些点处可导，哪些点处解析。
解：设222(,), (,)2u x y x y x v x y xy y =--=-，则21,2,2,22.u u v v x y y x y xyxy∂∂∂∂=-=-==-∂∂∂∂………1’若()f z 在z x iy =+处可导，则由Cauchy-Riemann 方程得1w 1=z -iw =2w 1,.u v u v xyyx∂∂∂∂==-∂∂∂∂ ………2’即2122, 22,x x y y y -=--=-得 1.2y =………3’故()f z 仅在直线12y =上可导，从而在复平面上处处不解析。
………5’三 (10) 设函数()(,)(,)f z u x y iv x y =+在区域D 内解析，其中(,), (,)u x y v x y 为二元实函数，并且2(,)(,)v x y u x y =，试证：()f z 在区域D 内是一个常数。
《复变函数与积分变换(刘建亚)》作业答案
15、求解下列方程： (2)
ez 1 0
z
解： e
1 ，于是
z Ln(1) ln1 i arg(1) 2k i=(2k 1) i, k Z
18、求 Ln(i) ， Ln( 3 4i) 的值及主值．
i i arg(i) 2k i i 2k i ，所以其主值为 i ； 2 2 4 所以其主值 Ln(3 4i) ln 3 4i i arg(3 4i) 2k i ln 5 i( arctan ) 2k i ， 3 4 为 ln 5 i( arctan ) ． 3
9 9 isin i ； 6 6
11 11 3 1 i sin i． 6 6 2 2
习题 2： 3、下列函数在何处可导？何处解析？在可导点求出其导数． (2) (6)
f ( z ) x 2 iy ；
(4)
f ( z ) sin xchy i cos xshy
(2)
2
e
2Ln( 2)
e
2 ln 2 (2 k 1) 2 i
2
2
cos (2k 1)
2 isin (2k 1) 2
；
1i eiLn1 ei(2 k i) e2 k ；
i e
iБайду номын сангаас
iLni
e
i i 2 k i 2
f ( z)
az b 。 cz d
x 2 ， v( x, y) y ，
解：(2) 因为 u ( x, y )
u x 2 x ， u y 0 ， vx 0 ， v y 1 ．
复变函数与积分变换习题答案
第一章 复数与复变函数1.1计算下列各式: (1) (1)(32);i i +--解: (1)(32)(1)322 3.i i i i i +--=+-+=-+ (2);(1)(2)ii i --解:2(13)3.(1)(2)2213101010i i i i i ii i i i i i +-====+----+-(3)1(1);1z z x iy z -=+≠-+ 解: 2222222211(1)(1)12.11(1)(1)(1)z x iy x iy x iy x y yi z x iy x y x y x y-+--++-+-===++++++++++ 1.3 将圆周方程22()0(0)a x y bx cy d a ++++=≠写成复数形式(即可z 与z 表示,其中z x iy =+).解: 把22,,22z z z z x y x y z z i+-==+=⋅代入圆周方程得: ()()0,222()()20,0.b caz z z z z z d iaz z b ic z b ic z d Az z Bz Bz C ⋅+++-+=⋅+-+++=⋅+++=故其中2,,2.A a B b ic C d ==+= 1.5 将下列各复数写成三角形式.(1) sin cos ;i αα+ 解: sin cos 1,i αα+= 故sin cos cos()sin().22i i ππαααα+=-+- (2) sincos.66i ππ--解: 2arg(sincos )arctan(cot ),666263i ππππππππ--=-=--=-s i n c o s 66i ππ--=2222cos()sin()cos()sin.3333i i ππππ-+-=- 1.7 指出满足下列各式的点z 的轨迹是什么曲线?(1) 1;z i +=解: 以(0,1)-为圆心,1为半径的圆周.(2) 0,zz az az b +++=其中a 为复数,为b 实常数;解: 由题设可知 2()()||0,z a z a b a +++-=即22||||,z a a b +=- 若2||,a b =则z 的轨迹为一点;a -若2||,a b >则z 的轨迹为圆,圆心在a -,若2||,a b <无意义.第二章 解析函数1．用导数定义，求下列函数的导数： (1) ()Re .f x z z = 解: 因0()()lim z f z z f z z∆→+∆-∆0()Re()Re lim z z z z z z zz∆→+∆+∆-=∆ 0Re Re Re limz z z z z z z z∆→∆+∆+∆∆=∆0Re lim(Re Re )z zz z z z∆→∆=+∆+∆ 000Re lim(Re )lim(Re ),z x y z xz zz z z x i y ∆→∆→∆→∆∆=+=+∆∆+∆ 当0z ≠时,上述极限不存在,故导数不存在；当0z =时,上述极限为0,故导数为0.3．确定下列函数的解析区域和奇点,并求出导数.(1)(,).az bc d cz d++至少有一不为零 解: 当0c ≠时，()az b f z cz d +=+除d z c =-外在复平面上处处解析, dz c=-为奇点,222()()()()()()()()().()()az bf z cz daz b cz d cz d az b cz d a cz d c az b ad cb cz d cz d +''=+''++-++=++-+-==++当0c =时，显然有0d ≠，故()az b f z d +=在复平面上处处解析，且()af z d'=. 5.设()f z 在区域D 内解析,试证: 222222()|()|4|()|.f z f z x y ∂∂'+=∂∂证: 设 222(),|()|,f z u i v f z u v =+=+ 222(),|()|()().u uu u f z i f z x y x y∂∂∂∂''=-=+∂∂∂∂ 而2222222222222222222222222()|()|()()2()()()(),f z u v u v x y x y u u v v u u v v u v uv xx x x y y y y∂∂∂∂+=+++∂∂∂∂⎡⎤∂∂∂∂∂∂∂∂=+++++++⎢⎥∂∂∂∂∂∂∂∂⎣⎦又()f z 解析,则实部u 及虚部v 均为调和函数.故222222220,0.u u v vu v x yx y∂∂∂∂=+==+=∂∂∂∂则22222222()|()|4(()())4|()|.u uf z f z x y x y∂∂∂∂'+=+=∂∂∂∂ 7.设sin ,px v e y =求p 的值使v 为调和函数,并求出解析函数().f z u iv =+ 解: 要使(,)v x y 为调和函数,则有0.xx yy v v v ∆=+=即2sin sin 0,px px p e y e y -=所以1p =±时,v 为调和函数,要使()f z 解析,则有,.x y y x u v u v ==-1(,)cos cos (),1sin ()sin .px pxx pxpx y u x y u dx e ydx e y y pu e y y pe y pφφ===+'=-+=-⎰⎰所以11()()sin ,()()cos .px px y p e y y p e y C p pφφ'=-=-+即(,)cos ,px u x y pe y C =+故(cos sin ),1,()(cos sin ),1.x z xze y i y C e C pf z e y i y C e C p -⎧++=+=⎪⎨--+=-+=-⎪⎩9．求下列各式的值。
复变函数与积分变换习题解答
练 习 一1．求下列各复数的实部、虚部、模与幅角。
（1）i ii i 524321----； 解：i iii 524321---- =i 2582516+zk k Argz z z z ∈+====π221arctan 2558258Im 2516Re（2）3)231(i + 解： 3)231(i +zk k Argz z z z e i i∈+===-=-==+=πππππ210Im 1Re 1][)3sin3(cos3332．将下列复数写成三角表示式。
1）i 31- 解：i 31-)35sin 35(cos2ππi +=（2）i i +12 解：i i +12 )4sin4(cos21ππi i +=+=3．利用复数的三角表示计算下列各式。
（1）i i2332++- 解：i i 2332++- 2sin2cosππi i +==（2）422i +-解：422i +-41)]43sin 43(cos 22[ππi +=3,2,1,0]1683sin 1683[cos 2]424/3sin ]424/3[cos 28383=+++=+++=k k i k k i k ππππππ4．.设321,,z z z 三点适合条件：321z z z ++=0，,1321===z z z 321,,z z z 是内接于单位圆z =1的一个正三角形的项点。
证：因,1321===z z z 所以321,,z z z 都在圆周32z z ++=0则,321z z z -=+1321=-=+z z z ，所以21z z +也在圆周1=z 上，又,12121==-+z z z z 所以以0，211,z z z +为顶点的三角形是正三角形，所以向量211z z z +与之间的张角是3π，同理212z z z +与之间的张角也是3π，于是21z z 与之间的张角是32π，同理1z 与3z ，2z 与3z 之间的张角都是32π，所以321,,z z z 是一个正三角形的三个顶点。
(完整版)复变函数与积分变换习题答案
lim f (z) lim Arg( a i y)
y 0y 0
lim f (z) lim Arg( a i y)
y 0y 0
显然函数在负实轴上不连续。
lim f (z) lim Arg (rei)
2sin
cos( )
2 2 2
isin(
2
i
2sin e2 2
2
(5)
z3
解：
i3
3i
re
cos3
isin3
(6)
e1 i
解：
ee
cos1 i sin1
(7)
1i
解：
1i
1i
i ei3 /4cos3
/ 4 isin3 /4
1i
1i
、计算下列数值
(1)
a ib
解：
ib
i ar ctgb2k
2 2 abe
cos2
L
L
cosn
1i i(e e
2
L
L
in i i2e ) (e e
L
in
L ein)
1 ei
(1
ine
)e
i(1 ein)
1
ie
(1
in i ie ) 1 e e
(1
in ie ) 1 e
2
1
ie
1 ei
2
2(1cos
)
cos
i i i(n 1) i(n 1) in in
1 e e 2 e e e e
22(1cos )
2sin
2
(8)
sin
复变函数与积分变换课后答案
1 ∴ Res e z 1 ,1 1 ．
2. 利用各种方法计算 f(z)在有限孤立奇点处的留数．
3z 2 (1) f z 2 z z 2 3z 2 解： f z 2 的有限孤立奇点处有 z=0，z=-2．其中 z=0 为二级极点 z=-2 为一级极 z z 2
1 1 2 解： z 1 sin z 2 2 z 1 sin z z 1 1 1 1 1 z 2 2 z 1 3 5 5! z z 3! z 1 ∴ Res f z , 0 1 3!
为在 c 内 tanπz 有 zk k
sin πz 由于 Res f z , zk cos πz
1 π
1 ∴ tan πzdz 2 πi Res f z , zk 2πi 2n 4ni c π k (2)
3 i 10
6. 计算下列积分．
(1)
π
0
cos m d 5 4 cos 1 π cos m d 2 π 5 4 cos
因被积函数为 θ 的偶函数，所以 I 令 I1
1 π sin m d 则有 2 π 5 4 cos
1 π eim d 2 π 5 4 cos
z 0
所以由留数定理．
AB
f z dz
BE
f z dz
EF
f z dz
C
FA
f z dz 2πi ln a
而
BE
f z dz
R
C
e x Ri ln a dx x Ri 2
复变函数与积分变换(刘建亚版)4-3
练习 将函数
z f (z) = 在 z0 = 1 处展开 z +1
成Taylor级数，并指出该级数的收敛范围.
解
z 1 1 1 1 f (z) = = 1− = 1− , = 1− z+1 z +1 ( z − 1) + 2 2 1+ z −1 2 z−1 当 即 时, z−1 < 2 < 1, 2
展开式 .
解 Q (e z )( n )
z z=0
= ez
2
z=0
= 1 ( n = 0 ,1, 2, L)
3 n
z z z ∴e = 1+ z + + +L+ +L 2! 3! n! Q e z 在复平面上解析 ∴ 该级数的收敛半径 R = +∞ .
间接展开法
e −e Q sin z = 2i
zi
§4.3 泰勒(Taylor)级数
1. 解析函数的泰勒展开定理 2. 解析函数的幂级数展开法
1. 解析函数的泰勒(Taylor)展开定理
由§4.2幂级数的性质知:一个幂级数的和函数在 它的收敛圆内部是一个解析函数。 它的收敛圆内部是一个解析函数。 现在研究与此相反的问题： 现在研究与此相反的问题： 一个解析函数能否用幂级数表达? (或者说,一个解析函数能否展开成幂级数? 解析函 数在解析点能否用幂级数表示？） 数在解析点能否用幂级数表示？） 以下定理给出了肯定回答： 以下定理给出了肯定回答： 任何解析函数 任何解析函数都一定 解析函数都一定能用幂级数表示 都一定能用幂级数表示。 能用幂级数表示。
(1)另一方面， 另一方面，因ln(1+z)在从z=-1向左沿负 实轴剪开的平面内解析， 实轴剪开的平面内解析， ln(1+z)离原点最近的一 个奇点是-1,∴它的展开式的收敛范围为|z|<1.
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《复变函数与积分变换》作业参考答案
习题1：
4、计算下列各式
(1) ； (3)
；
(5) 12
z +=
，求2z ，3z ，4z ； (7)
解：(1) --；
(3)
3(23i 41288+====++；
(5) 2
13214422z --+=
==-+，
321113
1224
z z z -++--=⋅=
⋅==-，
4312z z z =⋅=-．
(7) 因为1cos isin ππ-=+，所以
22cos
isin
6
6
k k ππ
ππ
++=+，
即
0k =时，01cos
isin
i 6
6
22
w π
π
=+=
+； 1k =时，133cos
isin i 66
w ππ=+=；
2k =时，2551cos
isin i 6622w ππ=+=-+；
3k =时，3771cos
isin i 662
w ππ=+=； 4k =时，499cos isin i 66
w ππ=+=-；
5k =时，511111cos
isin i 662
w ππ=+=-．
习题2：
3、下列函数在何处可导？何处解析？在可导点求出其导数．
(2) 2
()i f z x y =-； (4) ()sin ch icos sh f z x y x y =+ (6) ()az b
f z cz d
+=
+。
解：(2) 因为2
(,)u x y x =，(,)v x y y =-，
2x u x '=，0y u '=，0x v '=，1y v '=-．
这四个一阶偏导数都连续，故(,)u x y 和(,)v x y 处处可微，但柯西-黎曼方程仅在1
2
x =-上成立，所以()f z 只在直线1
2x =-上可导，此时1122
()21x x f z x =-=-'==-，但复平面上处处不解析．
(4) 因为(,)sin ch u x y x y =，(,)cos sh v x y x y =，
cos ch x u x y '=，sin sh y u x y '=，sin sh x v x y '=-，cos ch y v x y '=．
这四个一阶偏导数都连续，故(,)u x y 和(,)v x y 处处可微，且满足柯西-黎曼方程，所以()f z 在复平面内解析，并且
()()i i i i iz iz ()i cos ch isin sh cos isin 22
cos isin cos isin 2222cos 22
y y y y
x x y y y y x x
y x y x e e e e f z u v x y x y x x e e e e x x x x e e
e e e e z
-------+-+-'''=+=-=⋅
-⋅=-++=⋅+⋅++===． (6)
02
0()()1()lim
lim ()lim
()()()z z z f z z f z a z z b az b z z c z z d cz d ad bc ad bc
cz c z d cz d cz d ∆→∆→∆→⎡⎤
+∆-+∆++=-⎢⎥∆∆+∆++⎣⎦
--==
+∆+++
所以，()f z 在除d
z c
=-
外处处解析，且2()()ad bc f z cz d -'=+．
4、指出下列函数的奇点． (1)
22
1(4)
z z z -+； (2) 222
(1)(1)z z z +++．
解：(1)
223432422
4223
2
322
(4)(1)(48)3448()(4)(4)3448
(4)z z z z z z z z z
f z z z z z z z z z z +--+-+-+'==++-+-+=
+
所以，()f z 的奇点为0，2i ±．
(2) 22232422
322
(1)(1)2(2)(1)(21)3953
()(1)(1)(1)(1)z z z z z z z z z f z z z z z ++-+++++++'==-++++ 所以，()f z 的奇点为1-，i ±．
10、如果()i f z u v =+在区域D 内解析，并且满足下列条件之一，试证()f z 在D 内是一常数．
(2) ()f z 在D 内解析；
证明：由()i f z u v =+在区域D 内解析，知(,)u x y 、(,)v x y 在区域D 内可微，且x y u v ''=，y x u v ''=-．同理，由()f z 在D 内解析，知x y u v ''=-，y x u v ''=．
从而我们得到0x y y x u v u v ''''====，
所以(,)u x y 、(,)v x y 皆为常数，故()f z 在D 内是一常数．
15、求解下列方程： (2) 10z
e += 解：1z e =-，于是
18、求Ln(i)-，Ln(34i)-+的值及主值． 解：Ln(i)ln i iarg(i)2i i 2i 2
k k π
ππ-=-+-+=-
+，所以其主值为i 2
π
-
；
4
Ln(34i)ln 34i i arg(34i)2i ln 5i(arctan )2i 3
k k πππ-+=-++-++=+-+，所以其主
值为4
ln 5i(arctan )3
π+-．
19、求1i
2
e π-，1i 4
e
π+，i 3，i
(1i)+的值．
解：1i
i()2
2
cos ()isin ()i 22e
e e
e e ππ
ππ--⎡
⎤=⋅=-+-=-⎢⎥⎣
⎦；。