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復(fù)變函數(shù)與積分變換總結(jié)

網(wǎng)站:公文素材庫 | 時間:2019-05-29 15:36:01 | 移動端:復(fù)變函數(shù)與積分變換總結(jié)

復(fù)變函數(shù)與積分變換總結(jié)

第二章小結(jié)

本章主要介紹了解析函數(shù)的概念,給出了一些初等函數(shù)的定義,并研究了這些初等函數(shù)的性質(zhì),主要知識點有

一、與函數(shù)解析有關(guān)的問題:要看解析,先看可導(dǎo)

1.解析與可導(dǎo)的關(guān)系:

區(qū)域內(nèi)等價,一點處并不等價,一點處解析是比一點處可導(dǎo)更強的概念

2.一元實變函數(shù)具有的一些求導(dǎo)運算法則對復(fù)變函數(shù)同樣成立,如四則運算、復(fù)合運算、反函數(shù)求導(dǎo)等

3.形式較簡單的函數(shù)在一點可導(dǎo)的判斷及求導(dǎo)方法(1).可導(dǎo)定義

(2).轉(zhuǎn)化為這些復(fù)變函數(shù)對應(yīng)的兩個二元實變函數(shù)的討論a.判斷可導(dǎo):可微性、C-R方程

b.求導(dǎo):f"(z)uvixx4.形式較復(fù)雜函數(shù)在一點可導(dǎo)判斷及求導(dǎo)步驟:

拆解為一些形式較簡單的函數(shù);研究這些函數(shù)的可導(dǎo)性并求導(dǎo);利用求導(dǎo)法則得原函數(shù)的可導(dǎo)性及導(dǎo)數(shù)

二、與初等函數(shù)有關(guān)的問題及要求

1.熟記各種初等函數(shù)的定義公式、解析性及求導(dǎo)公式2.高數(shù)中的初等函數(shù)與復(fù)變函數(shù)中初等函數(shù)的區(qū)別

ez僅是一個記號、指數(shù)函數(shù)的周期為2ki(kZ);負(fù)實數(shù)的對數(shù)有意義、

LnznLnz,Lnz1nn1n在復(fù)數(shù)范圍內(nèi)不再成立;abebLna(a0);Lnzsinz1,cosz1在復(fù)數(shù)范圍內(nèi)不再成立

三、與三角函數(shù)及雙曲函數(shù)有關(guān)的復(fù)數(shù)方程的求解步驟

1.根據(jù)三角函數(shù)及雙曲函數(shù)的定義將所給方程用e或e表示2.整理為關(guān)于e或e的一元二次方程后并配方、開方3.利用方程ez解的公式得原方程解公式例求解方程shzi

wizzizz

擴(kuò)展閱讀:復(fù)變函數(shù)與積分變換重要知識點歸納

復(fù)變函數(shù)復(fù)習(xí)重點

(一)復(fù)數(shù)的概念

1.復(fù)數(shù)的概念:zxiy,x,y是實數(shù),

xRez,yImz.i21.

注:一般兩個復(fù)數(shù)不比較大小,但其模(為實數(shù))有大小.2.復(fù)數(shù)的表示1)模:zx2y2;

2)幅角:在z0時,矢量與x軸正向的夾角,記為Argz(多值函數(shù));主值argz是位于(,]中的幅角。3)argz與arctany之間的關(guān)系如下:

xy;xyxyx當(dāng)x0,

argzarctany0,argzarctan當(dāng)x0,y0,argzarctan;

4)三角表示:zzcosisin,其中argz;注:中間一定是“+”號。

5)指數(shù)表示:z(二)復(fù)數(shù)的運算

1.加減法:若z1x1iy1,z2x2iy2,則z1z2x1x2iy1y22.乘除法:

1)若z1x1iy1,z2x2iy2,則

z1z2x1x2y1y2ix2y1x1y2;

zei,其中argz。

z1x1iy1x1iy1x2iy2x1x2y1y2y1x2y2x1i2222z2x2iy2x2iy2x2iy2x2y2x2y2z1ei1,z2z2ei2,

。

2)若z1則

z1z2z1z2e1i2;z1z2z1z2e1i2

3.乘冪與方根1)若z2)若zn1nz(cosisin)zei,則znz(cosnisinn)zeinnn。

z(cosisin)zei,則

2k2kzzcosisinnn(k0,1,2n1)(有n個相異的值)

(三)復(fù)變函數(shù)

1.復(fù)變函數(shù):wfz,在幾何上可以看作把z平面上的一個點集D變到w平面上的一個點集G的映射.2.復(fù)初等函數(shù)

1)指數(shù)函數(shù):ezexcosyisiny,在z平面處處可導(dǎo),處處解析;且ezez。

注:ez是以2i為周期的周期函數(shù)。(注意與實函數(shù)不同)3)對數(shù)函數(shù):

Lnzlnzi(argz2k)(k0,1,2)(多值函數(shù));

主值:lnzlnziargz。(單值函數(shù))

Lnz的每一個主值分支lnz在除去原點及負(fù)實軸的z平面內(nèi)處處

解析,且lnz1;

z注:負(fù)復(fù)數(shù)也有對數(shù)存在。(與實函數(shù)不同)

3)乘冪與冪函數(shù):abebLna(a0);zbebLnz(z0)

注:在除去原點及負(fù)實軸的z平面內(nèi)處處解析,且zbbzb1。

eizeizeizeizsinzcosz,cosz,tgz,ctgz4)三角函數(shù):sinz2i2coszsinz

sinz,cosz在z平面內(nèi)解析,且sinzcosz,coszsinz

注:有界性sinz1,cosz1不再成立;(與實函數(shù)不同)

4)雙曲函數(shù)

shzezezezezshz,chz22;

平面內(nèi)解析,且

奇函數(shù),chz是偶函數(shù)。在sh,zchzzshzc,hzchz。shz

(四)解析函數(shù)的概念1.復(fù)變函數(shù)的導(dǎo)數(shù)1)點可導(dǎo):

fz0=limfz0zfz0zz0;

2)區(qū)域可導(dǎo):fz在區(qū)域內(nèi)點點可導(dǎo)。2.解析函數(shù)的概念

1)點解析:fz在z0及其z0的鄰域內(nèi)可導(dǎo),稱fz在z0點解析;2)區(qū)域解析:fz在區(qū)域內(nèi)每一點解析,稱fz在區(qū)域內(nèi)解析;3)若f(z)在z0點不解析,稱z0為fz的奇點;

3.解析函數(shù)的運算法則:解析函數(shù)的和、差、積、商(除分母為零的點)仍為解析函數(shù);解析函數(shù)的復(fù)合函數(shù)仍為解析函數(shù);(五)函數(shù)可導(dǎo)與解析的充要條件

1.函數(shù)可導(dǎo)的充要條件:fzux,yivx,y在zxiy可導(dǎo)

ux,y和vx,y在x,y可微,且在x,y處滿足CD條件:

uvyxuv,xy此時,有fzuiv。

xx2.函數(shù)解析的充要條件:fzux,yivx,y在區(qū)域內(nèi)解析

ux,y和vx,y在x,y在

uv;yxD內(nèi)可微,且滿足

CD條件:

uv,xy此時fzuiv。

xx注意:若ux,y,vx,y在區(qū)域D具有一階連續(xù)偏導(dǎo)數(shù),則ux,y,vx,y在區(qū)域D內(nèi)是可微的。因此在使用充要條件證明時,只要能說明u,v具有一階連續(xù)偏導(dǎo)且滿足CR條件時,函數(shù)f(z)uiv一定是可導(dǎo)或解析的。

3.函數(shù)可導(dǎo)與解析的判別方法

1)利用定義(題目要求用定義,如第二章習(xí)題1)2)利用充要條件(函數(shù)以fzux,yivx,y形式給出,如第二章習(xí)題2)

3)利用可導(dǎo)或解析函數(shù)的四則運算定理。(函數(shù)fz是以z的形式給出,如第二章習(xí)題3)

(六)復(fù)變函數(shù)積分的概念與性質(zhì)

1.復(fù)變函數(shù)積分的概念:cfzdzlimfkzk,c是光滑曲線。nk1注:復(fù)變函數(shù)的積分實際是復(fù)平面上的線積分。2.復(fù)變函數(shù)積分的性質(zhì)1)2)

nfzdzccc1fzdz(c1與c的方向相反);

cc[fzgz]dzfzdzgzdz,,是常數(shù);

123)若曲線c由c1與c2連接而成,則cfzdzcfzdzcfzdz。

3.復(fù)變函數(shù)積分的一般計算法

1)化為線積分:cfzdzcudxvdyicvdxudy;(常用于理論證明)2)參數(shù)方法:設(shè)曲線c:

zzt(t),其中對應(yīng)曲線c的起

點,對應(yīng)曲線c的終點,則cfzdz[f)。tdtz]t(z(七)關(guān)于復(fù)變函數(shù)積分的重要定理與結(jié)論

1.柯西古薩基本定理:設(shè)fz在單連域B內(nèi)解析,c為B內(nèi)任一閉曲線,則

fzdz0

c2.復(fù)合閉路定理:設(shè)fz在多連域D內(nèi)解析,c為D內(nèi)任意一條簡單閉曲線,c1,c2,cn是c內(nèi)的簡單閉曲線,它們互不包含互不相交,并且以c1,c2,cn為邊界的區(qū)域全含于D內(nèi),則

fzdz,其中c與ck均取正向;①fzdzk1cckn1②fzdz0,其中由c及c(k1,2,n)所組成的復(fù)合閉路。

3.閉路變形原理:一個在區(qū)域D內(nèi)的解析函數(shù)fz沿閉曲線c的積分,不因c在D內(nèi)作連續(xù)變形而改變它的值,只要在變形過程中c不經(jīng)過使fz不解析的奇點。

4.解析函數(shù)沿非閉曲線的積分:設(shè)fz在單連域B內(nèi)解析,Gz為fz在B內(nèi)的一個原函數(shù),則zz21fzdzGz2Gz1(z1,z2B)

說明:解析函數(shù)fz沿非閉曲線的積分與積分路徑無關(guān),計算時只要求出原函數(shù)即可。

5?挛鞣e分公式:設(shè)fz在區(qū)域D內(nèi)解析,c為D內(nèi)任一正向簡單閉曲線,c的內(nèi)部完全屬于

4

D,z0為c內(nèi)任意一點,則

zzdz2ifz

c00fz6.高階導(dǎo)數(shù)公式:解析函數(shù)fz的導(dǎo)數(shù)仍為解析函數(shù),它的n階導(dǎo)數(shù)為

fz2idzc(zz)n1n!0fnz0(n1,2)

其中c為fz的解析區(qū)域D內(nèi)圍繞z0的任何一條正向簡單閉曲線,而且它的內(nèi)部完全屬于D。7.重要結(jié)論:

2i,1dzn1(za)0,cn0n0。(c是包含a的任意正向簡單閉曲

線)

8.復(fù)變函數(shù)積分的計算方法

1)若fz在區(qū)域D內(nèi)處處不解析,用一般積分法

fzdzcf[zt]ztdt

2)設(shè)fz在區(qū)域D內(nèi)解析,

c是D內(nèi)一條正向簡單閉曲線,則由柯西古薩定理,cfzdz0c是D內(nèi)的一條非閉曲線,z1,z2對應(yīng)曲線c的起點和終點,則有

z2z1cfzdzfzdzFz2Fz1

3)設(shè)fz在區(qū)域D內(nèi)不解析

fzdz2ifz0czz0曲線c內(nèi)僅有一個奇點:(f(z)在c內(nèi)解析)fzdz2ifnz0c(zz)n1n!0n曲線c內(nèi)有多于一個奇點:fzdz(ci內(nèi)只有一個奇fzdzck1ck

點zk)

或:fzdz2iRes[f(z),zk](留數(shù)基本定理)

ck1n若被積函數(shù)不能表示成算。

fz(zzo)n1,則須改用第五章留數(shù)定理來計

(八)解析函數(shù)與調(diào)和函數(shù)的關(guān)系

1.調(diào)和函數(shù)的概念:若二元實函數(shù)(x,y)在D內(nèi)有二階連續(xù)偏導(dǎo)數(shù)

22且滿足220,

xy(x,y)為D內(nèi)的調(diào)和函數(shù)。

2.解析函數(shù)與調(diào)和函數(shù)的關(guān)系

解析函數(shù)fzuiv的實部u與虛部v都是調(diào)和函數(shù),并稱虛部v為實部u的共軛調(diào)和函數(shù)。

兩個調(diào)和函數(shù)u與v構(gòu)成的函數(shù)f(z)uiv不一定是解析函數(shù);但是若u,v如果滿足柯西

黎曼方程,則uiv一定是解析函數(shù)。

3.已知解析函數(shù)fz的實部或虛部,求解析函數(shù)fzuiv的方法。1)偏微分法:若已知實部uux,y,利用CR條件,得v,v;

xy對vu兩邊積分,得vudygx(*)

yxx再對(*)式兩邊對x求偏導(dǎo),得vxudygxxx(**)

gx;

由CR條件,uv,得uyxyudygx,可求出xx

代入(*)式,可求得虛部vudygx。

x2)線積分法:若已知實部

dvvvuudxdydxdy,xyyxx,y00uu,xy,利用

CR條件可得

故虛部為vx,yudxudyc;

yx由于該積分與路徑無關(guān),可選取簡單路徑(如折線)計算它,其中x0,y0與x,y是解析區(qū)域中的兩點。

3)不定積分法:若已知實部uux,y,根據(jù)解析函數(shù)的導(dǎo)數(shù)公式和CR條件得知,

fzuvuuiixyxy將此式右端表示成z的函數(shù)Uz,由于fz仍為解析函數(shù),故

fzUzdzc(c為實常數(shù))注:若已知虛部v也可用類似方法求出實部u.(九)復(fù)數(shù)項級數(shù)1.復(fù)數(shù)列的極限

1)復(fù)數(shù)列{n}{anibn}(n1,2)收斂于復(fù)數(shù)abi的充要條件為

limana,nlimbnb

n(同時成立)

2)復(fù)數(shù)列{n}收斂實數(shù)列{an},{bn}同時收斂。2.復(fù)數(shù)項級數(shù)

1)復(fù)數(shù)項級數(shù)n(nanibn)收斂的充要條件是級數(shù)an與bn同

n0n0n0時收斂;

n0。2)級數(shù)收斂的必要條件是limn

注:復(fù)數(shù)項級數(shù)的斂散性可以歸納為兩個實數(shù)項級數(shù)的斂散性問題的討論。

(十)冪級數(shù)的斂散性

1.冪級數(shù)的概念:表達(dá)式cn(zz0)或cnzn為冪級數(shù)。

nn0n02.冪級數(shù)的斂散性

1)冪級數(shù)的收斂定理阿貝爾定理(Abel):如果冪級數(shù)cnzn在z00n0處收斂,那么對滿足zz0的一切z,該級數(shù)絕對收斂;如果在的一切z,級數(shù)必發(fā)散。

z0處發(fā)散,那么對滿足zz02)冪級數(shù)的收斂域圓域

冪級數(shù)在收斂圓域內(nèi),絕對收斂;在圓域外,發(fā)散;在收斂圓的圓周上可能收斂;也可能發(fā)散。

3)收斂半徑的求法:收斂圓的半徑稱收斂半徑。

cn1比值法如果limncn0,則收斂半徑R1;

根值法

limcn0,則收斂半徑Rn1;

如果0,則R;說明在整個復(fù)平面上處處收斂;

如果,則R0;說明僅在zz0或z0點收斂;

注:若冪級數(shù)有缺項時,不能直接套用公式求收斂半徑。(如cnz2n)

n03.冪級數(shù)的性質(zhì)

1)代數(shù)性質(zhì):設(shè)anz,bnzn的收斂半徑分別為R1與R2,記

nn0n0RminR1,R2,

則當(dāng)zR時,有

nn(an0nbn)zanzbnzn

n0n0(線性運算)

(乘積運算)

(anz)(bnz)(anb0an1b1a0bn)znnnn0n0n02)復(fù)合性質(zhì):設(shè)當(dāng)且gzr,

則當(dāng)zr時,fannn0,當(dāng)zR時,gz解析

R時,f[gz]an[gz]n。

n03)分析運算性質(zhì):設(shè)冪級數(shù)anzn的收斂半徑為R0,則

n0其和函數(shù)fzanzn是收斂圓內(nèi)的解析函數(shù);

n0在收斂圓內(nèi)可逐項求導(dǎo),收斂半徑不變;且

zR

fznanzn1

n0

在收斂圓內(nèi)可逐項求積,收斂半徑不變;0fzdzzR

zann1zn0n1

(十一)冪函數(shù)的泰勒展開1.泰勒展開:設(shè)函數(shù)fz在圓域zz0可以展開成冪級數(shù)fzn0R內(nèi)解析,則在此圓域內(nèi)fzfnz0n!n并且此展開式是唯一的。zz0;

注:若fz在z0解析,則fz在z0的泰勒展開式成立的圓域的收斂半徑Rz0a;

其中R為從z0到fz的距z0最近一個奇點a之間的距離。

2.常用函數(shù)在z00的泰勒展開式

1nz2z3zn1)ez1z

2!3!n!n0n!z12)zn1zz2zn

1zn0z

z1

(1)n2n1z3z5(1)n2n13)sinzzzz

3!5!(2n1)!n0(2n1)!z

(1)n2nz2z4(1)n2n4)coszz1z

(2n)!2!4!(2n)!n0z

3.解析函數(shù)展開成泰勒級數(shù)的方法1)直接法:直接求出cn1fnz0n!,于是fzcnzz0n。

n02)間接法:利用已知函數(shù)的泰勒展開式及冪級數(shù)的代數(shù)運算、復(fù)合運算和逐項求導(dǎo)、逐項求積等方法將函數(shù)展開。(十二)冪函數(shù)的洛朗展開

1.洛朗級數(shù)的概念:cnzz0n,含正冪項和負(fù)冪項。

n2.洛朗展開定理:設(shè)函數(shù)fz在圓環(huán)域R1zz0R2內(nèi)處處解析,

c為圓環(huán)域內(nèi)繞z0的任意一條正向簡單閉曲線,則在此在圓

環(huán)域內(nèi),有fzcnzz0n,且展開式唯一。

n3.解析函數(shù)的洛朗展開法:洛朗級數(shù)一般只能用間接法展開。*4.利用洛朗級數(shù)求圍線積分:設(shè)fz在rrzz0R內(nèi)的任何一條正向簡單閉曲線,則c1為f(z)在rzz0R內(nèi)洛朗展開式中

zz0R內(nèi)解析,c為

fzdz2ic。其中

c11zz0的系數(shù)。

說明:圍線積分可轉(zhuǎn)化為求被積函數(shù)的洛朗展開式中(zz0)1的系

數(shù)。

(十三)孤立奇點的概念與分類

1。孤立奇點的定義:fz在z0點不解析,但在z0的0析。

2。孤立奇點的類型:

1)可去奇點:展開式中不含

fzc0c1zz0c2zz0

2zz0內(nèi)解

zz0的負(fù)冪項;

2)極點:展開式中含有限項zz0的負(fù)冪項;

c(m1)gzcmc12fzcc(zz)c(zz),01020(zz0)m(zz0)m1(zz0)(zz0)m其中g(shù)zcmc(m1)(zz0)c1(zz0)m1c0(zz0)m在z0解析,且gz00,m1,cm0;

3)本性奇點:展開式中含無窮多項zz0的負(fù)冪項;

fzcmc1mcc(zz)c(zz)010m0m(zz0)(zz0)

(十四)孤立奇點的判別方法

fzc0常數(shù);1.可去奇點:zlimz0fz2.極點:zlimz0fz不存在且不為。3.本性奇點:zlimz04.零點與極點的關(guān)系

1)零點的概念:不恒為零的解析函數(shù)fz,如果能表示成

fz(zz0)mz,

其中z在z0解析,z00,m為正整數(shù),稱z0為fz的m級零點;2)零點級數(shù)判別的充要條件

z0是

nfz00,fz的m級零點mfz00(n1,2,m1)

1的m級極點;fz3)零點與極點的關(guān)系:z0是fz的m級零點z0是4)重要結(jié)論

若za分別是z與z的m級與n級零點,則

za是zz的mn級零點;

z當(dāng)mn時,za是的mn級零點;

zz當(dāng)mn時,za是的nm級極點;

zz當(dāng)mn時,za是的可去奇點;

z當(dāng)mn時,za是zz的l級零點,lmin(m,n)

當(dāng)mn時,za是zz的l級零點,其中l(wèi)m(n)(十五)留數(shù)的概念

1.留數(shù)的定義:設(shè)z0為fz的孤立奇點,fz在z0的去心鄰域

0zz0內(nèi)解析,c為該域內(nèi)包含z0的任一正向簡單閉曲線,則稱

c積分

fz2i1d為zfzfzdz

z0的留數(shù)(或殘留),記作

Res[fz,z0]c2i12.留數(shù)的計算方法

若z0是fz的孤立奇點,則Res[fz,z0]c1,其中c1為fz在

z0的去心鄰域內(nèi)洛朗展開式中(zz0)1的系數(shù)。

1)可去奇點處的留數(shù):若z0是fz的可去奇點,則Res[fz,z

12

0]

2)m級極點處的留數(shù)

法則I若z0是fz的m級極點,則

1dm1Res[fz,z0]limm1[(zz0)mfz]

(m1)!zz0dz特別地,若z0是fz的一級極點,則Res[fz,z0]lim(zz0)fz

zz0注:如果極點的實際級數(shù)比m低,上述規(guī)則仍然有效。

Pz法則II設(shè)fz,Pz,Qz在z0解析,Pz00,

QzQz00,Qz00,則Res[PzQz,z0]Pz0Qz0(十六)留數(shù)基本定理

設(shè)fz在區(qū)域D內(nèi)除有限個孤立奇點z1,z2,zn外處處解析,c為

cD內(nèi)包圍諸奇點的一條正向簡單閉曲線,則

nn1fzdz2iRes[fz,z]

說明:留數(shù)定理把求沿簡單閉曲線積分的整體問題轉(zhuǎn)化為求被積函數(shù)fz在c內(nèi)各孤立奇點處留數(shù)的局部問題。

積分變換復(fù)習(xí)提綱

一、傅里葉變換的概念

F[f(t)]f(t)ejwtdtF(w)

F1[F()]12F()ejtdf(t)

二、幾個常用函數(shù)的傅里葉變換

F[e(t)]1j1()jF[u(t)]F[(t)]1F[1]2()

三、傅里葉變換的性質(zhì)

位移性(時域):F[f(tt0)]ejwt00F[f(t)]

0位移性(頻域):F[ejwtf(t)]F(w)www位移性推論:F[sinw0tf(t)]F(ww0)

1[F(ww0)F(ww0)]2j位移性推論:F[cosw0tf(t)]1[F(ww0)F(ww0)]

2微分性(時域):F[f(t)](jw)F(w)(tF[f(n)(t)](jw)nF(w),t,f(n1)(t)0

,f(t)0),

微分性(頻域):F[(jt)ft]Fw,F[(jt)nf(t)]F(n)(w)相似性:F[f(at)]1wF()aa(a0)

四、拉普拉斯變換的概念

L[f(t)]0f(t)estdtF(s)

五、幾個常用函數(shù)的拉普拉斯變換

L[ekt]1;sk(m1)m!1是自然數(shù);()L[tm](m(1)1,(),(m1)m(m))

sm1sm12

L[u(t)]L[1]L[(t)]1

1;sL[sinkt]k,s2k2kL[shkt]2,sk2設(shè)

ss2k2sL[chkt]2sk2T1則L[f()(f(t)是以T為周期的周期f(tT)f(t),]t()ftdt。Ts01eL[coskt]函數(shù))

六、拉普拉斯變換的性質(zhì)

微分性(時域):L[ft]sFsf0,L[f(t)]s2F(s)sf(0)f(0)

([)tft]F微分性(頻域):Ls,L[(t)nft]F(n)s

tFs積分性(時域):L[0ftdt]

s積分性(頻域):L[ftt]Fsds(收斂)

s位移性(時域):L[eatft]Fsa相似性:L[f(at)]1F(s)

aa

位移性(頻域):L[ft]esFs(0,t0,f(t)0)

(a0)

七、卷積及卷積定理

f1(t)*f2(t)f1()f2(t)d

F[f1(t)f2(t)]F1(w)F2(w)

F[f1(t)f2(t)]1F1(w)F2(w)2L[f1(t)f2(t)]F1(s)F2(s)

八、幾個積分公式f(t)(t)dtf(0)f(t)(tt0)dtf(t0)

15

0f(t)dtL[f(t)]dsF(s)ds1600t

0f(t)ektdtL[f(t)]sk

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