复变函数中解析函数的理论分析及应用

复变函数解析函数的理论分析及应用
【摘 要】本文对解析函数的概念进行分析,给出了判断函数解析性的几种方法,并通过例子对解析函数的数学应用和实际应用都进行了分析。
【关键词】解析函数;解析;复变函数
0 前言
复变函数这门数学分支在数学理论和实际中都有非常强大应用性。而解析函数是复变函数特有的内容,在复变函数理论中起着重要的作用,解析函数在理论和实际中都有着广泛的应用,所以对解析函数的理论及应用进行分析有非常大的必要性。
1 解析函数的概念
如果函数fz)不仅在z0处可导,而且在z0的某个邻域内的任意一点可导,则称fz)在z0解析。
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如果fz)在区域D内的任一点解析,则称fz)在区域D内解析。
连通区域注:1)如果fz)在区域D内解析,那么D内每一点都是它的内点,从而D是开区域。
2)如果说函数fz)在闭圆盘z≤1上解析,指的是在包含该圆盘的某个区域内解析。
3fz)在z0解析,则fz)在z0可导;fz)在z0可导,则fz)在z0不一定解析。但是fz)在区域D内解析和可导是等价的。
4)一个解析函数不可能仅在一个点或一条曲线上解析;所有解析点的集合必为开集。
2 函数解析的判定
2.1 根据解析函数的定义判定
要考察函数在某一点的解析性,首先看函数在该点是否有定义,然后看函数在该点及其邻域内是否可导。
例:因为fz=z2在整个复平面上处处可导,且f’z=2z则由解析的定义知fz)在整个复平面上解析。
2.2 根据初等函数的解析性判定
若复变数函数为初等函数,则可根据初等函数的解析性进行判定
1)指数函数ez在整个复平面上解析;
2)对数函数Lnz的主值函数和各个分支在除去原点和负实轴外的每一点解析;
3)幂函数pgm_430meiα为正整数时,幂函数在整个复平面上解析;α为负整数时,幂函数在除原点外的复平面上解析;α为既约分数、无理数、虚数时,在除去原点和负实轴的复平面上解析。
4sinzcosz在整个复平面上解析;tanzcotzseczcscz在各自的定义域内解析
5shzchz在整个复平面上解析。
2.3 根据定理判定
定理:函数fz=uxy+ivxy)在区域D内解析的充分必要条件是:uxy),vxy)在D内可微,并且在区域D上满足柯西黎曼方程:
■=■■=-■
定理:函数fz=uxy+ivxy)在区域D内解析的充分条件是:uxuyvxvyD内连续,并且uxy),vxy)在区域D上满足柯西黎曼方程:
■=■■=-■
例:讨论函数fz=2x1-y+ix■-y■+2y)的解析性。
解:因为u=2x1-y),v=i训练监控(x■-y■+2y介电常数测量)
所以■=21-y=■■=-2x=-■并且四个偏导数均处处连续,从而uv在复平面上可微,根据定理fz)在复平面上处处解析。
3 解析函数的应用
3.1 解析函数在复变函数中的应用
解析函数是复变函数中的一类重要的函数,函数的解析性对于复变函数定积分的计算、调和函数、留数定义及留数理论、保形映照的一般理论等方面都要用到解析函数的概念。而求满足一定边界条件的解析函数的一类问题,这是解析函数论在许多理论和实际问题中应
用极为广泛的一个重要分支,而黎曼边值问题和希尔伯特边值问题是其中两个最典型的例子。
例黎曼边值问题
L为复平面上一组有向的光滑曲线,把平面分割为若干个连通区域,要求一分区全纯函数(即在上述每一个连通区域内全纯)φz),使Φ■t=GtΦ■t+gt)(tL)中Gt)、gt)都是已知函数,而Φ+t)和Φ-t)分别表示当zL的正侧(即沿L正向前进时的左侧)和负侧(右侧)趋于L上一点时φz)的极限值也就是边值。此外还要求φz)在无穷远处至多有一极点。如果L中含有开口弧段,则也应说明要求φz)在L的端点附近的性态:具有不到一阶的奇异性。在Gt),g利路防水接头(t)满足一定的条件时,这一问题已完全解决。
例:求■■dz其中,Cz-1=■
对于这个定积分的计算,若不考虑被积函数的可积性,直接利用柯西积分公式则可得出错误的结果。由于函数C所围的闭区域内解析,从而,根据柯西定理,■■dz=0
3.2 解析函数在实际中的应用
复变函数是数学分支中应用性很强的一门学科,人们利用复变函数理论可以解决了很多实际问题,而解析函数在复变函数的应用中又起着重要的作用。
在航空工业中,要根据升力的大小来设计翼型,不仅要使飞机能在空中飞行,而且对是否符合起飞和降落快慢也有要求。根据解析函数在流体力学理论中的应用,可以应用解析函数可以计算飞机在飞行时空气对机翼的升力。
解析函数在电学中也有应用,例如可以根据保形映照来求静电场。
例:假设有两同心金属圆柱与z平面的截线分别为z=r■z=r■0<r■<r■<+∞)。设两圆柱间的电势差为2V0,求所产生的静电场。
分析:假设圆柱较长,我们只需要求z平面上电场的复势,也就是求一解析函数,使该函数的虚部在z=r■上取值-V0,在z=r■上取值V0。我们知道,多值解析函数Φz=iaLnz+ib的虚部在z=r■上的值不变,这里ab是任何实数,r是任何正数,根据已知条件据定ab,即可得所求的复势:
ΦZ=■2Lnz-lnr■-lnr■)。
【参考文献】
[1]苏变萍,陈东立.复变函数与积分变换[M].北京:高等教育出版社,2010.
[2]同济大学数学系.高等数学[M].北京:高等教育出版社,2007.
[3]钟玉泉.复变函数论[M].北京:高等教育出版社,2002.

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