没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
复变函数简明教程的简明教程1
需积分: 0 0 下载量 84 浏览量
2022-08-03
11:12:48
上传
评论
收藏 1.54MB PDF 举报
温馨提示
试读
16页
前言之前一直写的都是突击性的总结文章,这一次我突然想写一点稍微有一点营养的作品,顺便对我所学复分析的知识进行一个复习.说是有营养,其实也没有太多营养,你几乎可以
资源详情
资源评论
资源推荐
复变函数简明教程的简明教程
前言
之前一直写的都是突击性的总结文章,这一次我突然想写一点稍微有一点营养的作品,顺便对我所学复分析的知识进行一个
复习.说是有营养,其实也没有太多营养,你几乎可以把这本书理解为对Stein书一小部分的一个翻译.惟数不多原创性的内容在"用
Green定理证明Goursat定理"和复对数的导数永远是单值函数这两部分.所以若此处有谬误,还望各位读者及时指正.
本书适用于需要快速查看定理的同学,以及想要对数学增进一些了解的工科同学,和想要稍微预习或者复习一下复变函数的
同学.另外虽说本书叫做《复变函数简明教程的简明教程》,但这本书的逻辑顺序和《复变函数简明教程》还是相当不一样的.不
如说后者的逻辑……有些一言难尽,因此本文主要采取了Stein教授所写课本的架构.关于积分变换部分,由于笔者暂时还没有深入
了解傅里叶分析,所以就不班门弄斧强写些什么内容了.本书中例题很少,想要找些练习的同学可以看看Stein的书或者自己去找
些题目来做.
囿于成文仓促,若有疏漏在所难免,还望各位读者及时批评指正.
2021/9/15
伟大的神罗皇帝
参考资料
Complex Analysis,Elias M. Stein.
Fourier Analysis An Introduction,Elias M. Stein.
Real Analysis, 陶哲轩.
Principle of Mathematical Analysis, W. Rudin.
目录
Chapter 1. 复变函数基础
Section1.1 复数和复平面
Section1.2 复幂级数和初等复变函数
Section1.3 定义在复平面上的函数
Chapter 2. Cauchy定理
Section 2.1 Goursat定理和Cauchy定理
Section 2.2 Cauchy's integral formulas
Chapter 3. 亚纯函数、留数和对数
Section 3.1 零点与奇点
Section 3.2 Residue formula
Section 3.3 其他奇点
Section 3.4 复对数
Chapter 1.复变函数基础
Section 1.1 复数和复平面
高中数学课程早已介绍过复数的概念.相信各位读者对复数已经有了许多”感性的认知“.因此,本书对复数的介绍将采用与感
性了解不同的,理性的现代数学定义.
复数 :复数集 定义为 中的元素称为复数
并且称两个复数 、 相等,当且仅当 且
也就是说,复数其实就是 中的元素,而 自然是与 中的元素一一对应的,所以复数集也称为复平面.而复平面与 唯一
的区别就是:我们将要在复数集上引入一些不同于二元数组的运算
复数的运算 复数的加法:
复数的乘法
复共轭
复数的模
由以上的运算法则我们立刻得到:
并且立刻可以引出定义
复数的倒数
同时,定义复数的除法为乘以除数的倒数.
这就是复数和二元实数最大的区别:复数有除法,但是二元实数没有除法.这也是为何复数有和 完全不同的美妙性质.
在经过一些不复杂的推理,我们马上就可以得到:
每一个复数 都可以写成 其中 。且
并且记 的实部 , 的虚部
共轭运算的性质
当且仅当
当且仅当
最后,复数集构成度量空间:
构成完备度量空间,其中度量
那……什么是完备度量空间呢?简单来说,这句话的意思是 满足一般意义下的极限定律、连续性并且任何复数集中的柯西
列必收敛于某一复数.并且,在度量空间的意义下, 与 完全同构.
关于复数的基础知识,我们就谈到这里.读者可能会问:为什么我们不谈一谈复数的其他表示法?这是因为我们暂时还没有
定义复指数函数,因此直接拿出欧拉公式是不合理的行为.接下来我们就来为定义初等复变函数做一些准备工作.
Extra discussion.复数的乘方
我们暂时不定义复数的开方运算,这是因为开方运算没法通过”限制“的手法把它变成一个真正的函数.我们暂时只定义复数
的整数次幂,与实数的整数次幂运算一致.
复数的整数乘方 为正整数时, 为负整数时,
关于乘方运算,我们进行一些非正式的讨论.尽管我们还没有提到复数的指数表示法,但在此暂且不加论证的使用.现在对于
,我们假定其对于幂运算依然和实数情况一样.那么,开方运算,也即分数乘方,可以写作
由于 上加上 周期,表示的复数相同,所以这一些数都是z的n次方根
由此得到,复数z的n次方根有n个,所以说我们没法定义一个对所有复数都成立的开方函数.但至少由此你能知道复数乘方的
“朴素”求法.
Section 1.2 复幂级数和初等复变函数
复幂级数的收敛 对于复幂级数 ,我们称其绝对收敛,当 收敛。
我们不再赘述复幂级数收敛的各种判别法,它们可以轻松由实幂级数的判别法推出.并且为方便起见,以后我们都省略复字直
接说幂级数.
对于任意的幂级数 必定存在 使得
若 级数绝对收敛
若 级数发散
并且收敛半径 定义为 上极限 区域 称为收敛圆盘
现在,我们就可以定义初等复变函数了.
初等复变函数 复指数函数
复正弦函数
复余弦函数
并且它们在整个复平面上收敛
是复数, 是整数,则:
欧拉公式
特别地,若 ,则
在定义了这三个复变函数之后,我们可以引出:复数的指数表示法.
复数的指数形式 若复数 有极坐标表示 则此复数可写作
并且此时我们称 是复数 的一个幅角 ,并且 的幅角主值 定义为 在 对应的角
想到复数和 上的点一一对应,那么我们就可以借用欧式空间的极坐标表示来证明这个复数的”极坐标表示“.
需要注意的是,我们暂时没有定义以任意复数为底数的指数函数(当然,整数次幂除外),也没有定义复对数.而这两个问题
的原因是一样的:这是因为复指数函数并不是一个单射.这意味着不存在在整个复平面上都成立的复对数,所以我们也没法定义
在整个平面上都成立的任意数为底数的指数函数.幸运的是,这并非无法克服的困难,但我们要稍微把这个问题放后一些再议.
最后引出这样一个概念:
复解析函数 如果 可以展开为以 为中心的幂级数,且此幂级数有正收敛半径,即
在 处解析,并且若 在 内任意点处都解析,则称 在 解析
那么实际上,解析函数和幂级数,在收敛圆盘内都是连续且无穷次“复可微”的.我们马上就来探讨一下复函数的这些性质
Section1.3 定义在复平面上的函数
连续函数
由于 构成完备度量空间,并且实际上与 是同构的,所以这里已经没有叙述的必要了——此处的连续性和 的连续性是
类似的.
并且以下的结论也是类似的.
定义在紧集 上的连续函数一定有界,并且在 上一定可以取到最大值和最小值
全纯函数
从现在开始,我们将要讨论真正属于复数集的性质.首先我们定义“复可微”,也就是全纯(holomorphic).此处的定义,和二元函
数的定义完全不一样.
全纯函数 若在 处以下极限存在则称 在 处全纯
若 在 中任意点都全纯,则 在 全纯。很自然地,记以上极限为
值得强调的是,h是可从任意方向趋向 的复数.
在二元函数的可微中,我们的分母是h的范数.但此刻我们直接把分子除以h,而非除以h的范数.
复函数求导运算 和你所想象的性质一样
Cauchy-Riemann 方程
在集合论的意义上,复平面和实平面完全等同.所以任意的复函数 ,它都对应了一个实函数
.从映射的角度来说,这应该是完全相同的映射.所以在这个意义上,我们可以灵活运用如下记号:
或者 当
但显然,复可微和实可微是完全不一样的.比如说:
不是全纯函数,但 是可微的。
忘记了实变量的可微是怎么定义的吗?那我们在此叙述一下实变量的可微是如何定义的喵~
在 处可微,即是说: 线性变换 :
(引自《级数、多元微分和积分的个人总结》by 伟大的神罗皇帝)
这个例子足以说明,F实可微无法推出f复可微.但,至少我们想得到一个复可微的必要条件.
现在我们研究上面的实函数F.假定它可微,那么必然有如下结果
也就是说,u和v的偏导数统统存在.
若复函数f全纯,那么当 分别沿着x与y方向逼近 时
虽然我写的是 ,但你应该明白这实际上就是说
上式意味着
现在,因 ,照这样展开上式得到
这就是著名的Cauchy-Riemann方程,也就是复可微的必要条件.
不过,以上并不能作为严格的证明,但这也足以让我们理解这个方程组的由来.
有了这个铺垫,我们可以提出以下定理:
是一个复函数,而 是其对应的实函数。
则 可微当且仅当 连续可微且满足 方程
并且 ( 是 的雅可比矩阵)
剩余15页未读,继续阅读
丛乐
- 粉丝: 31
- 资源: 312
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功
评论0