复变函数的导数和微分


则称函数 f (z)在z0处可导, A称为函数 f (z)
的导数,记为
f
'
(
z0
),或
dw dz
z z0
,即
f
'(z0 )

lim
z0
f
(z0

z) z
f
(z0 ),
或 : w f '(z0 )z o(| z |) (z 0)
上述定义也可表述为:
对任意的 0,可以找到一个正数 ( ), 使得当z D,并且当0 | z z0 | 时,有
复变函数的全微分
设 E是 复 变 函 数 w f ( z )的 定 义 域 , z是 E的 一 个 聚 点 。 取 z的 一 个 改 变 量 z使 得 z z E , 令 w f ( z z ) f ( z ).如 果 存 在 不 依 赖 于 z 的 复 数 A和 B使 得 w Az B z o( z ), 则 称 函 数 f 在 z点 完 全 可 微 , 把 Az B z称 为 函 数 f 在 点 z的 全 微 分 , 并 记 为 dw df(z)=Az Bz.
x y
于是,w u iv f x f y o( z ), x y
其中 f u i v ,f u i v . x x x y y y
把x z z , y z z 带入可得,
2
2i
w f z f z o( z ), z z
z
例:对函数f (z) z 2 z z,其在原点的导数为
f (0) 0. 计算可得,f z, f z.显然,仅在 z z
原点处有 f (0) 0, f (0) 0.
z
z
例:对函数f (z) ez,u(x, y) excosy,v(x, y) exsiny. 计算可得,f 0, f ez .
t0
it
y y y
定理:复变函数w f (z)在点z E可导的必要条件是
f i f 。这等价于,u v ,u v .
x y
x y y x
上述偏微分方程称为Cauchy Riemann方程。
由此还可得到,
上述偏微分方程称为Cauchy Riemann方程。
f (z0 ) .
当 h沿 实 轴 趋 于 0时 , 极 限 f ( z0 )为 实 数 ;
当h沿

轴趋于0时

f
(
z0
)

lim
t0
f (z0 it) it
f (z0 ) .
于 是 , 可 得 f ( z0 ) 0.
反函数求导法则
设 函 数 w f ( z )在 区 域 D内 解 析 , 且 f '( z ) 0, 又 反 函 数
此种情况下,称 是关于 z 的高阶无穷小量, 记为 o(z).
性质:函数w f (z)在z点可微的充要条件是 f (z)在z点可导。此时,有A=f (z),从而有 dw f (z)z.
对于自变量z来说,其微分定义为z的改变量,即 dz z.于是,有dw f (z)dz.
注:
1.对于实变量复值函数z z(t) x(t) iy(t),
它在点t0可导的充要条件是:x(t)和y(t)都在 点t0可导,且有z(t0 ) x(t0 ) iy(t0 ).
2.对于复变量实值函数w
f
(
z ), 若



z

0

,
则有f
( z0
)

lim
h0
f (z0 h) h
性质:若复变函数w f (z)在z点完全可微,且B 0, 则函数f 在点z的可微;反之也然。
定理:设z x iy是函数w f (z)的定义域E的内点, 则函数f(z)=u(x,y)+iv(x,y)在z点完全可微当且仅当 u(x,y)和v(x,y)都在(x,y)点可微.此时,有dw du idv.
1.导数
设函数w f (z)在点z0的某邻域D内有定义
的单值函数,z0 z是邻域内任意一点,对于
w f ( z 0 z ) f ( z 0 ), 如 果 极 限
lim w lim f ( z0 z ) f ( z0 )
z 0 z
z 0
z
存 在 ( 为 有 限 的 复 数 ) 并 且 等 于 A,
例.三角函数 sin z和cos z的导数分别为 (sinz) =cosz,(cosz) =sinz.
其中,sin z eiz eiz , cos z eiz eiz .
2i
2
关于复变函数的高阶导数的定义和性质,类似于 实变量函数的情况。
反例:取u(x, y)、v(x, y)如下:
复变函数的微分
设E是复变函数w f (z)的定义域,z是E的 一个聚点。取z的一个改变量z使得z z E, 令w f (z z) f (z).如果存在不依赖于z
的复数A使得w Az ,其中 lim 0,
z0 z 则称函数f 在z点可微,把Az称为函数f 在点z的 微分,并记为dw=df(z)=Az.
由此还可得到,f (z) 2 (u )2 (v )2 x x
u u
u v u v x
y .
x y y x v v
x y
例.设复变函数w f (z) u(x, y) iv(x, y)在区域D内 可导,则f (z)是常数当且仅当f (z) 0,z D.
其中 1 ( i ), 1 ( i ). z 2 x y z 2 x y
根据定义,函数f 在点z完全可微.
必要性. 设函数w f (z)在点z完全可微,令 从z x iy,且z iz E,则有 u iv w Az Bz o( z ).于是,有
例. 讨论下列函数的可导性和解析性: (1)w Re z; (2) w | z |2 .
解:(1)因为u x,v 0,且
u x
1,
u y
0
v x

0
v y
0
所以C R方程在整个复平面不成立,所以 w Re z在整个复平面内处处不可导.
(2)、w | z |2 x2 y2,所以u x2 y2,v 0,且
u Re( Az Bz) o( z ),
v Im( Az Bz) o( z ), 由此可知,函数u和v都在点(x, y)可微,并且 du Re( Az Bz),dv Im( Az Bz).
推论:设z是E的一个内点,函数f 在z点可微 当且仅当函数u和v都在(x,y)点可微,并且 满足方程 f 0.
z z
可导的充分条件
引理:若在R 2中一点(x,y)的某邻域内函数
的偏导数 和 都存在,且 和 都在
x y
x y
点(x,y)连续,则函数必在点(x,y)可微.
定理:设在R 2中一点(x,y)的某邻域内函数 u和v的一阶偏导数都存在,且都在点(x,y) 连续.若这些一阶偏导数还满足C-R条件, 则复变函数f u iv必在点z x iy可导.
例.设f (z) a0 a1z a2 z2 an zn ,则有 f (z) a1 2a2 z nan zn1.
例. 设f(z)= ez = exiy , 则f (z) = ez .
例.对任意正实数a, 定义以a为底的指数函数 az =ezlna ,z C。则(az ) =az ln a。
f '( z ) g ( z ) f ( z ) g '( z ) [ g ( z )]2
复合函数求导法则
设函数 f (z)在区域D内可导,函数 w g( )在区域G内可导,又f (D) G,
则复合函数w g( f (z)) h(z)在内可导, 并且有:
h'(z) [g( f (z))]' g'( f (z)) f '(z)
u(
x,
y)

v(
x,
y)


xy x2 y2
0
x2 y2 0 x2 y2 0
令f (z) u(x, y) iv(x, y),则在点z 0满足
C R方程:
u x

v y

0
u y

v x

0
但u(x, y)、v(x, y)在点(0,0)不连续,所以复变 函数f (z)在z 0不连续,从而不可导.
u x

2x,
u y
2y,
v x

0,
v y
0
只有在点(0, 0)处C R方程成立. 易知,f (z)在 z 0可导,且f '(0) lim z 2 0 lim z z lim z 0.
z0 z 0 z0 z z0
当然,在z 0,f (z)不可导。
| f (z) f (z0 ) A | ,
z z0
性质:若函数f (z)在点z0可导,则它在点z0连续。
证明:lim[ f (z) z z0
f
( z0
)]

lim
z z0
f
(
z) z

f( z0
z0
)
(
z

z0
)
f (z0 ) 0 0.
四则运算法则
如果f (z)和g(z)在区域D上可导,则
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复变函数与积分变换之复变函数的导数总结

复变函数与积分变换之复变函数的导数总结


学 称df (z0 ) Az为函数f (z)在z0处的微分,
复 变
或说函数在z0处可微。
函 数 与
若函数在点z0可微,则A f (z0 ),即
积 分 变
dw f (z0 )z f (z0 )dz

与一元函数一样,复变函数的可导和微分是
等价的。
3. 可导与连续的关系
哈 尔
x
u x

1
v y

2y
u y


v x

0

iy2仅在直线Im(z
y )=

1 2
1 2

的各点可导
例3 讨论函数f (z) xy 在z 0的可微性.

尔 滨
解 由于u( x, y) xy , v( x, y) 0所以

程 大 学
ux
(0, 0)

lim
x0
数 与 积 分 变
C

R方程:ux

v y

0,
u y


v x

0

但u( x, y)、v( x, y)在点(0, 0)不连续,所以复变
函数f (z)在z 0不连续,从而不可导.
三、解析函数
哈 尔 滨
1. 定义:如果函数f (z)在z0及z0的邻域内处处
工 程
可导,则称f (z)在z0解析.

lim
z0
2yi yi

2
所以f (z) x 2 yi在其定义域内处处不可导.
2. f (z) | z |2
哈 尔
解 由导数的定义,有

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。

2-1复变函数的导数

2-1复变函数的导数
f (z) f ( z ) g ( z ) g ( z ) f ( z ) 4. [ ] ( g ( z ) 0) 2 g( z ) g (z)
5. { f [ g( z )]} f ( w) g( z ) 其中w g( z )
1 6. f ( z ) w f ( z ), z ( w )是两个 ( w ) 互为反函数的单值函数 .
若 w f ( z z 0 ) f ( z 0 ) Az o(| z |) (z 0)
称df ( z0 ) Az为函数f ( z )在z0处的微分, 或说函数在z0处可微。 若函数在点z0可微,则A f ( z0 ),即 dw f ( z0 )z f ( z0 )dz
u i v lim . x 0 x i y y 0
哈 尔 滨 工 程 大 学 复 变 函 数 与 积 分 变 换
当z沿平行于实轴的直线趋于0时, u i v u v f ( z0 ) lim i x 0 x x x
当z沿平行于虚轴的直线趋于0时, u i v v u f ( z0 ) lim i . y 0 i y y y
x 0 y k x
lim
k x x x (1 ki )
x 0

k 1 ki
随着k值不同,极限值也不同,故极限不存在 所以f ( z )在z 0处不可微.
为什么满足C-R方程,函数还 不可微(导)? 因为C-R方程只是必要条件 常用u( x , y ), v ( x , y )是否有连续的偏导数 来代替是否可微
2
所以在复平面内是解析的;
f ( z ) x 2 yi在复平面内不可导, 所以复平面内是处处 不解析的;

复变函数(2.1.1)--函数解析性的概念及其判定

复变函数(2.1.1)--函数解析性的概念及其判定

=
lim
Dx0
f ( x0 + Dx) Dx
f ( x0 ) = lim x x0
f ( x) - f ( x0 ) x - x0
f ( x0 + Dx) Dx
f(
x0 )
=
f ᆴ( x0 ) + r ( Dx )
f ( x0 + Dx) - f ( x0 ) = f ᆴ( x0 ) Dx + r ( Dx ) Dx
( 3 )如果函数 f(z) 在曲线 C 上可导,是否在该曲线上
结论:设函数 f(z),g(z) 在区域 D 内解析 , 则
f ( z) ᆴ g( z),
f ( z)g(z),
f ( z) g( z)
(除去分母为
0
的点)
在区域 D 内解析 .
特别地 ,
( 1 )多项式 P(z) 在全平面内解析 . ( 2 )有理分式在复平面内除分母为零的点之外解 析.
2 .可导与连续的关系:
可导 连续
3 .微分定义:
若 则 称 f ( x0 + Dx ) - f ( x0 ) = aDx + o(Dx ),
f (x)
在 x0点可微,aDx 称为 f ( x) 在 x0 点的
记为 dy = aDx
微分 .
a
= lim Dxᆴ 0
f ( x0 + Dx) Dx
f ( x0 )
当 z=0 时,上述极限存在且为 0.
zᆴ0
lim
Dzᆴ 0
Dz Dz
=
lim
Dxᆴ 0 Dyᆴ 0
Dx Dx
+
i i
Dy Dy
=

复变函数第二章

复变函数第二章

2连续、可导、解析的关系
f ( z ) 在D内解析
f ( z ) 在D内可导
f ( z ) 在z0解析
f ( z ) 在z0可导
f ( z ) 在z0连续
3 复变函数与二元实函数的关系
设f ( z ) = u ( x, y ) + iv( x, y ), A = u0 + iv0 , z0 = x0 + y0i
例5
求出下列各函数的解析区域,并求出导数.
1)f ( z ) =
z
2
2
z +1
,
x+ y x− y 2) f ( z ) = 2 +i 2 2 2 x +y x +y
f ( z )在z 2 + 1 ≠ 0,即z ≠ ±i外处处可导,因此 解: 1) 其解析区域为复平面内除去z ≠ ±i两点.且
2z 2 z ( z 2 + 1) − z 2 2 z = 2 f ′( z ) = 2 2 ( z + 1) 2 ( z + 1)
则称f ( z )在z 0 可导.这个极限值称为f ( z )在z 0的导数.
dω 记作f ′( z0 ) = dz
z = z0
f ( z 0 + ∆z ) − f ( z 0 ) = lim . ∆z → 0 ∆z
在定义中应注意: 在定义中应注意
z0 + ∆z → z0 (即∆z → 0)的方式是任意的 .
∂u ∂u ∂x ∂u ∂y ∂u ∂u 则 = + = cos θ + sin θ ∂r ∂x ∂r ∂y ∂r ∂x ∂y
导数公式的其它形式 导数公式
∂u ∂v f ′( z ) = +i ∂x ∂x

复变函数 第二章

复变函数 第二章

f z)
(
z
)
g(
z
)
.
(g(z) 0)
(6) f [g(z)] f (w)g(z). 其中w g(z)
(7) f (z) 1 , 其中 w f (z)与z (w)是 ( w )
两个互为反函数的单值函数, 且(w) 0
6
4.微分的概念: 复变函数微分的概念在形式上与一元实变
(2) (zn ) nzn1, 其中n为正整数.
5
(3) f (z) g(z) f (z) g(z).
(4) f (z)g(z) f (z)g(z) f (z)g(z).
(5)
f (z) g(z)

f
(
z
)
g(
z) g2(
由 (4u2 1) 0 u 0, x
22
由(2)得 u 0, 所以 u c (常数), y
于是 f (z) c ic2 (常数). 课堂练习 设 my 3 nx 2 y i( x3 lxy2 ) 为解析 函数, 试确定 l, m, n的值. 答案 l n 3, m 1.
函数的微分概念完全一致. 定义 设函数w f (z)在 z0 可导, 则 w f (z0 z) f (z0 ) f (z0 ) z (z)z, 式中 lim (z) 0, (z)z 是 z 的高阶无穷
z0
小, f (z0 ) z 是函数 w f (z)的改变量 w 的 线性部分. f (z0 ) z 称为函数 w f (z)在点 z0 的微分, 记作 dw f (z0 ) z.
2. 加法定理
exp z1 exp z2 exp(z1 z2 )

-解析函数的概念


[ f ( z z ) f ( z )] 0 , 因此必有 lim 即 0 0
z 0
z z 0
lim f ( z ) f ( z ) 0
所以, 可导一定连续。
3 求导法则 求导公式与法则: C ) 0 , 其中 C 为常数。 (1) (
n 1 为正整数。 z) nz , 其中 n (2) ( n
( y y ) 2 ( x x ) i y 2 xi lim x 0 x i y
y 0
y 2ix lim x 0 x iy
y 0
由于
y 2ix lim 2 i, x0 x iy
y0
y 2ix lim i x0 x iy
。 A z 在 z 0 处的微分, 记作 dw ,即 dw
f( z )在 z 0 可导,则必在 z 0 因此,一个函数 w
f ( z ) z 。 可微,且 dz 0
反之,设函数在 z 0 处可微,则 w A z ( z ) z
w A lim ( z ) A ,即 因此 lim z 0 z 0 z
第二章
解析函数
§1
解析函数的概念
一 复变函数的导数与微分 二 解析函数的概念
一 复变函数的导数与微分
1 导数的定义
z0 为 设函数 w f( z )定义在区域 D 内, z 不出 D 的范围, 如果极限 D中的一点。 点 z 0
定义
f ( z z ) f ( z ) 0 0 lim z 0 z f( z )在 z 0 处是可导的,而称这 存在,则说函数 w
数在一个区域 D 上每一点处都是解析的,则称函数为

复变函数-导数与微分

在分母为零处 ( z i , z 1 ) 都有导数。
x y x y ( 3) 2 i 2 2 x y x y2
f (z) ( x iy ) i ( x iy ) x2 y2
(1 i ) z zz 1 i z
所以 , 除 z 0 外 , 处处可导 , 且
__
________
__
y 0, z x 0 , 从而
z x lim lim 1 z 0 z x 0 x
__ __
当 z 沿平行于 y 轴方向 0 , 即 x 0, z iy ,
z i y lim lim 1 z 0 z y 0 i y
2z
例2. 证明:f ( z) z 在复平面上处处不可导。
因为 f ( z z ) f ( z ) ( z z ) z z
f ( z z ) f ( z ) z 所以 z z 当 z 沿平行于 x 轴方向 0 ( 即 z z z ) 时,
z 由以上讨论可知, lim 不存在, f ( z ) z 在复平面上处处不可导 。
容易证明, 可导可以推出连续,反之不然。
二、几个求导公式与法则 复变函数的求导法则与一元实函数求导法则相同。
(1) c 0 ( c 为复常数 )
(2) ( z n ) nz n1 ( n 为正整数 )
f [ g( z )] f ( w ) g( z ) ( w g( z )) (6)
1 (7)f ( z ) , 其中, w f ( z ) 与 z ( w ) 是两个 ( w ) 互为反函数的单值函数 且 ( w ) 0。
例. 下列函数在何处可导 ? 求出其导数。

复变函数第二章(第三讲)


∂u ∂v 1 ∂u ∂v iii) 求导数: f '(z) = ∂x + i ∂x = i ∂y + ∂y 求导数:
前面我们常把复变函数看成是两个实函数拼成的, 前面我们常把复变函数看成是两个实函数拼成的, 但是求复变函数的导数时要注意, 但是求复变函数的导数时要注意, 并不是两个实函 数分别关于x, 求导简单拼凑成的 求导简单拼凑成的. 数分别关于 ,y求导简单拼凑成的.实可微与复可微 是完全不同的概念。 是完全不同的概念。
§2.2 解析函数的充要条件
Cauchy-Riemann定理 1. Cauchy-Riemann定理 2. 举例
Cauchy-Riemann定理 1. Cauchy-Riemann定理
定理 设f (z)= u + i v, z= x +i y, z0=x0+i y0, 则f (z)在 在
(1) u( x, y), v( x, y)在( x0 , y0 )可微, ∂u ∂v ∂u ∂v z0处可导⇔ . (2) = , = − 在( x0 , y0 )成立 ∂x ∂y ∂y ∂x 定义 方程
∂u ∂v = ∂x ∂y
∂v ∂u =− ∂x ∂y
称为Cauchy-Riemann方程(简称C-R方程).
֠
由此可以看出可导函数的实部与虚部有密切 的联系. 的联系.
֠ 利用该定理可以判断那些函数是不可导的. 利用该定理可以判断那些函数是不可导的.
基本步骤: 偏导数的连续性, 基本步骤 i) 判别 u(x, y),v (x, y) 偏导数的连续性, , ii) 验证 验证C-R条件 条件. 条件
由以上讨论得 函数; P ( z ) = a 0 + a1 z + L + a n z n 是整个复平面上的解析 函数; P(z) R( z ) = 是复平面上 ( 除分母为 0点外 )的解析函数 . Q( z)

复变函数可导可微解析的关系

复变函数可导可微解析的关系
复变函数,又称复数函数,是一种把实数域上的一个或多个变量映射到复平面上的函数。

它既可以是可导函数,也可以是微分可分可微函数。

复变函数由两个函数构成,一个是实函数部分,另一个是虚函数部分,用复数z=x+iy表示,其中x和y分别是实函数部分和虚函数部分。

复变函数可导可微解析的关系是指,复变函数必须是可导函数,同时也需要可微分可可微解析的。

可导函数的概念是:在某一点处存在导数,则该函数为可导函数。

可微分可可微解析的函数概念是:存在极限,满足极限线性算子条件,则此函数可微分可可微解析。

因此,复变函数可导可微解析的关系就是:任何复变函数必须可导且可微分可可微解析。

一般来讲,复变函数的可导性是由它的导数的连续性决定的。

对复变函数的可微分可可微解析的性质也可以用内积的性质来进行分析。

要想满足可微分可可微解析的条件,则复变函数的内积必须连续,也就是说,它的内积不能随外积的改变而改变。

另外,复变函数的可导可微解析的关系也与它的复数运算有关。

由于复变函数是从实数域映射到复平面的函数,所以它所表示的函数具有复数运算的特点。

复数运算中,函数的导数可以用复数的微分表示,这就是复变函数的可导可微解析的关系。

总之,复变函数可导可微解析的关系是指,复变函数必须满足可导函数和可微分可可微解析的性质,否则不能形成正确的可导可微解
析关系。

此外,它还与复数运算有关,以及复变函数的内积的连续性也是重要因素。

复变函数可导可微解析的关系是复变函数研究的重要基础,为复变函数的研究奠定了良好的基础。

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