# 复变函数
注意要求点位于内部
定义
对于复变函数 f:D(⊂C)→C, z0∈D∘,如果极限
z→z0limz−z0f(z)−f(z0)=(ζ→0limζf(z0+ζ)−f(z0))
存在,则称 f 在 z0 处 复可微,称该极限为 f 在 z0 处的微分系数,记为 f′(z0) 或 dzdf(z0)。
定义
若 f 在 D 上每一点都复可微,则称 f 在 D 上 正则
特别地,D=C 时,称 f 为 整函数
定理 Cauchy-Riemann 方程
f:D→C, z0∈D, x0=ℜ(z0), y0=ℑ(z0)
取 R2→C 的同胚映射 J(x,y)=x+iy
f~:=f∘J, u:=ℜ(f~), v:=ℑ(f~)
则 f(z(=x+iy))=f~(x,y)=u(x,y)+iv(x,y)
以下条件等价:
- f 在 z0 处复可微
- (u,v) 在 (x0,y0) 处 Frechet 可微,且满足 Cauchy-Riemann 方程
∂x∂u(x0,y0)=∂y∂v(x0,y0)∂y∂u(x0,y0)=−∂x∂v(x0,y0)
并且此时有
f′(z0)=∂x∂u(x0,y0)+i∂x∂v(x0,y0)=∂y∂v(x0,y0)−i∂y∂u(x0,y0)
使用 C-R 方程前一定要记得检查 Frechet 可微性,非常容易忘
以下是一个满足 C-R 方程,但是 Frechet 不可微从而导致不能复微分的例子
f(z)={z(z)2,0,z=0z=0
证明
(满足 C-R 方程)
令 z=x+iy,x=0 处 f=x+iy(x−iy)2=x2+y2x3−3xy+y−3ix2y
u=ℜ∘f=x2+y2x3−3xy+y, v=ℑ∘f=x2+y2−3x2y
计算偏导
ux=(x2+y2)2x4+6x2y−3y2,uy=(x2+y2)2−3x2−2xy+y2
vx=(x2+y2)2−6xy3,vy=(x2+y2)2−3x4+3x2y2
代入原点,可得 C-R 方程
ux(0,0)=vy(0,0)=0uy(0,0)=−vx(0,0)=0
(Frechet 不可微)
令 (x,y)→(0,0),考虑 u,v 的微分系数
当 x=0 时
(x,y)→(0,0)lim∥(x,y)∥∥u(x,y)−u(0,0)∥=y→0lim∣y∣y2y−0=y→0limy∣y∣1=+∞
当 y=0 时
(x,y)→(0,0)lim∥(x,y)∥∥u(x,y)−u(0,0)∥=x→0lim∣x∣x2x3−0=x→0limx=0
所以 u 在 (0,0) 处不满足 Frechet 可微
同理
当 x=0 时
(x,y)→(0,0)lim∥(x,y)∥∥v(x,y)−v(0,0)∥=y→0lim∣y∣0−0=0
当 y=x 时
(x,y)→(0,0)lim∥(x,y)∥∥v(x,y)−v(0,0)∥=x→0lim2∣x∣2x2−3x3−0=x→0lim22∣x∣−3x=±223
所以 v 在 (0,0) 处也不满足 Frechet 可微
(复不可微)
当 ℜz=0 时
z→0limz−0f(z)−f(0)=iy→0limiyiy(iy)2−0=y→0limiyiy=1
当 y=x 时
z→0limz−0f(z)−f(0)=x→0limx+ixx+ix(x−ix)2−0=x→0lim1+i(1−i)2=1−i=1
所以在原点处的复微分不存在 □
命题
令 Ω 为领域,f:Ω→C 在 Ω 上正则
以下条件只要有一个成立,f 在 Ω 上恒为常数
- ∀z∈Ω,f′(z)=0
- ℜ(f) 在 Ω 上恒为常数
- ℑ(f) 在 Ω 上恒为常数
- ∣f∣ 在 Ω 上恒为常数