復變函數-復習筆記


第一章:

  復數的模,三角表示法,指數表示法,求根與求冪,平面映射

  復數為x + yi

  復數的模為 sqrt(x+ y2)

  復數的三角表達式為 sqrt(x+ y2)(cosθ + sinθ * i)

  復數的指數表達式為 sqrt(x+ y2)e

 

  求復數的n次冪可使用指數表達式簡化計算

  求復數的i次根號可使用sqrt(x+ y2)e + 2kπ的i次根號求得, 一共有i個解 k = 0,1,2,,,,,,i-1

 

  平面映射  w  = 1/z  

  設w = u + i*v   z = x + y*i

  帶入w = 1/z可得 x = u/(u2 + v2)   y = -v/(u2 + v2

  帶入z平面中的方程即可得到w平面上對應的方程

 

第二章:

  可導性,解析性,初等函數的化簡

  可導:從各個方向趨近於點p的導數相同即點p可導

  可微:同一元函數

  解析:在p和p的鄰域內處處可導

  

  

  可導的充要條件:

    f(z) = u(x,y) + i*v(x,y)

    u,v在定義域點x+iy可微且滿足柯西黎曼方程

    柯西黎曼方程: ∂u / ∂x = ∂v / ∂y       ∂u / ∂y = -∂v / ∂x

  

  解析的充要條件:

    f(z) = u(x,y) + i*v(x,y)

    u,v在定義域D內處處可微且滿足柯西黎曼方程

    柯西黎曼方程: ∂u / ∂x = ∂v / ∂y       ∂u / ∂y = -∂v / ∂x

  區別在於一個是點,一個是定義域

 

  初等函數

    大部分初等函數服從實數域上初等函數的性質

    z = x + i*y

    e= ex(cosy  + i siny)

    ez + 2kπi = ez

 

    Lnz = ln(|z|) + i Argz

    因為角度又可以加2kπ

    所以定義主值為  ln(|z|) + i argz

 

    chZ = (ez + e-z ) / 2

    shZ = (ez - e-z ) / 2 

    thZ = (ez - e-z ) / (ez + e-z )

 

    chZ' = shZ

    shZ' = chZ

    cos(Z) =  (ezi + e-zi ) / 2    

    sin(Z) = (ezi - e-z i) / 2 

    ab = eblna

 

第三章

  積分的定義同實數域上的相同,但與實數域不同的是,面積不一定是實數,有可能是虛數

  當f(z)解析時,積分為0,不解析時,使用如下解法

 

  積分的計算方法1:

    按照積分曲線,將x,y用t表示,將i當成常數提出來,然后就是普通的積分了,要注意的是,dz也要相應的轉化為dt

  

  柯西古薩基本定理:

  若f(z)在單通區域內處處解析,那么f(z)沿B內的任何一條封閉曲線C的積分為0   

 

  復合閉路定理:

  設C為多聯通區域D的一條簡單閉曲線,C1,,,,,Cn是在C內部的簡單閉曲線,他們不包含也互補相交

  並且C,C1,,,,,Cn為邊界的區域全含與D,如果f(z)在D那么

  ∫f(z)dz 在C上的積分=在C1,,,,,Cn上積分的和

  

  ∫ 1 / (z-z0)  dz = 2πi   

  ∫ 1 / (z-z0)n  dz = 0   n>=2 

 

  積分的計算方法2:

    求積分時將導致函數不解析的點提取出來

    將積分區域分割成一部分一部分的小塊,每一小塊包含一個不解析點    

    將函數轉化為 1/(z - z0)的形式即可求得積分

    

  積分的計算方法3:

    f(z0) = 1 /  2πi    * ∫  f(z) / (z-z0) dz

    fn(z0) = n! /  2πi    * ∫  f(z) / (z-z0)n+1 dz

 

  由已知的調和函數求解析函數

    函數是調和函數的充要條件:

      α2Φ / αx+ α2Φ / αy2 = 0

    若函數f(x,y) = u(x,y) + i*v(x,y)中的u, v滿足柯西黎曼方程

    則稱u,v為共軛調和函數

 

 第四章

  判斷級數是否收斂

  1.分別判斷實部和虛部是否收斂,若均收斂則級數收斂

  2.將級數用e來表達,若收斂,則級數收斂 參見P142 1.2

 

  判斷是否收斂

  把級數分為兩個部分,每個部分都要滿足收斂條件

  an+1 / an < 1

  n√ ̄an < 1 

  滿足這兩個條件即收斂

 

  絕對收斂性

  判斷n->∞|an|是否收斂

  要記住Σ 1/n發散

 

  冪級數的收斂半徑

  冪級數為 Σai*zi

  那么收斂半徑為 1/limnΓ|an|

   

  若lim|cn+1 / cn|為常數u

  則收斂半徑 為 1/u

 

 

  函數的冪級數展開

  常見冪級數展開有 1 / (1 - z) = 1 + z + z2 + ......+ zn

  對於一個函數我要想辦法把他轉變為1 / (1 - f(z)) 這樣我的冪級數展開就可以寫為

 

  在轉化過程時

  對於原函數g(z)

  我找到距離展開點最近的奇點

  在這個范圍內畫圓

  在我對函數進行變形的過程時

  保證在這個范圍內,函數一直是解析的即可

  

  1 / (1 - f(z)) = 1 + f(z) + f2(z) + ....... + fn(z)

  

  若要求在z0處展開

  則要將函數轉化為 1 / (1 - f(z - z0))

  

  對於負高次函數,可通過 1 / (1 - f(z - z0))求導的方式來獲得泰勒展開式

 

  洛朗級數

  若f(z)在z0處不解析,那就不能使用冪級數展開了

  這個時候就可以使用洛朗級數展開

 

  對於給定圓環域

  我先將函數展開成f(z) = Σ g(z) * 1 / (1 - c(z))  的形式

  要求c(z) 在給定圓環域內 n ->∞時 c(z)n必須收斂

  然后再按照冪級數展開的方式去做即可

   

  

 第五章

  奇點,極點

  若f(z) 在z0處不解析 則z0為f(z)的奇點

  若lim z -> z0 f(z) 為常數,則z0為f(z)的可去奇點

  若lim z -> z0 f(z) = ∞,則z0為f(z)的極點

  若lim z -> z0 f(z) = 不存在,則z0為f(z)的本性奇點

  

  對於極點來說,若z0重復出現n次,則z0為n級極點

  若f(z) = P(z) / Q(z)

  那么 z0是Q(Z)的n級0點,是P(z)的m級0點

  那么z0是f(z)的n - m級極點 

 

 

  留數

  若z0為f(z)的一級奇點

  Res(f(z), z0) =  lim z->z0  (z - z0) *f(z)   

 

  

  若z0為f(z)的m級奇點

  Res(f(z), z0) =  lim z->z0  1/(m-1)!   * (  dm-1(z-z0)m f(z)  )   / dzm-1

  

 

  

  若f(z) = P(z) / Q(z)

  若z0為一級極點

  那么Res(f(z), z0) =  lim z->z0  P(z) / Q'(z)

 

  對於f(z)其在復平面上所有留數的和為0,若圓周內留數過多,可求圓周外的留數的相反數來代替元周內的留數

  Res(f(z), ∞) = Res(f(1/z) * 1 / z2,  0)

  

  留數定理

  ∫ f(z)dz = 2πi*Res(f(z), z0)  

  要求圓域內只有z0一個極點

  

  求定積分

  sinθ = (z2 - 1 )/ 2iz

  cosθ = (z2 + 1 )/ 2z

  dθ = dz / iz

 


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