第一章 复数与复变函数

平稳信号复变函数教案
2012—2013学年度  第二学期
任课教师      郭  城       
课程名称    复 变 函 数   
采用教材 高教三版(钟玉泉编)
周课时数          4         
数统 学院  数学教育 专业 2010 高钰环年级1
引言
数学从产生、有发展到现在,已成为分支众多的学科了,复变函数是其中一个非常重要的分支。以复数作为自变量的函数就叫做复变函数,而与之相关的理论就是复变函数论。解析函数是复变函数中一类具有解析性质的函数,复变函数论主要就研究复数域上的解析函数,因此通常也称复变函数论为解析函数论,简称函数论。
我们知道,在解实系数一元二次方程ax2+bx+x=O(ao1时,如果判别式熊维江b2-4 ac<O,就会遇到负数开平方的问题,最简单的一个例子是在解方程x2+1=0时,就会遇到开平方的问题。年,意大利数学物理学家(卡丹)在所著《重要的艺术》一书中列出将分成两部分,使其积为的问题,即求方程+=0的根,它求出形式的根为,积为然而这只不过是一种纯形式的表示而已,当时,谁也说不上这样表示究竟有什么好处。美国qe4
为了使负数开平方有意义,也就是要使上述这类方程有解,我们需要再一次扩大数系,于是就引进了虚数,使实数域扩大到复数域。但最初,由于对复数的有关概念及性质了解不清楚,用它们进行计算又得到一些矛盾,因而,长期以来,人们把复数看作不能接受的“虚数”。
直到十七世纪和十八世纪,随着微积分的发明与发展,情况才逐渐有了改变。另外的原因,是这个时期复数有了几何的解释,并把它与平面向量对应起来解决实际问题的缘故。复变函数论产生于十八世纪。1774年,欧拉在他的一篇论文中考虑了由复变函数的积分导出的两个方程。而比他更早时,法国数学家达朗贝尔在他的关于流体力学的论文中,就已
经得到了它们。因此,后来人们提到这两个方程,把它们叫做“达朗贝尔一欧拉方程”。到了十九世纪,上述两个方程在柯西和黎曼研究流体力学时,作了更详细的研究,所以这两个方程也被叫做“柯西一黎曼条件”。关于复数理论最系统的叙述,是由瑞士数学家欧拉(Euler)作出的。他在1777吴元欣年系统地建立了复数理论,发现了复指数函数和三角函数之间的关系,创立了复变函数论的一些基本定理,并开始把它们用到水力学和地图制图学上,用符号“i”作为虚数的单位,也是他首创的。此后,复数才被人们广泛承认和使用。
在复数域内考虑问题往往比较方便,例如,一元n次方程在复数域内恒有解。这就是著名的代数学基本定理,它用复变函数来解决是非常简洁的。又如,在实数域内负数的对数无意义,而在复数域内我们就可以定义负数的对数。
复变函数论的全面发展是在十九世纪,就像微积分的直接扩展统治了十八世纪的数学那样,复变函数这个新的分支统治了十九世纪的数学。当时的数学家公认复变函数论是最丰饶的数学分支,并且称为这个世纪的数学享受,也有人称赞它是抽象科学中最和谐的理论之一。在十九世纪,复变函数的理论经过法国数学家柯西美利坚族(Cauchy)、德国数学家黎曼(Riemann)和维尔斯特拉斯(Weierstrass)
的巨大努力,已经形成了非常系统的理论,并深刻地渗人到代数学、解析数论、概率统计、计算数学和拓扑学等数学分支;同时,它在热力学、流体力学、和电学等方面也有很多的应用。二十世纪以来,复变函数已经被广泛应用到理论物理、弹性理论和天体力学等方面,与数学中其它分支的联系也Et益密切。致使经典的复变函数理论,如整函数与亚纯函数理论、解析函数的边值问题等有了新的发展和应用。并且,还开辟了一些新的分支,如复变函数逼近论、黎曼曲面、单叶解析函数论、多复变函数论、广义解析函数论以及拟保形变换等。另外,在种种抽象空间的理论中,复变函数还常常为我们提供新思想的模型。为复变函数论的创建做了最早期工作的是欧拉、达朗贝尔,法国的拉普拉斯也随后研究过复变函数的积分,他们都是创建这门学科的先驱。后来为这门学科的发展作了大量奠基工作的要算是柯西、黎曼和德国数学家维尔斯特拉斯。二十世纪初,复变函数论又有了很大的进展,维尔斯特拉斯的学生,瑞典数学家列夫勒、法国数学家彭加勒、阿达玛等都作了大量的研究工作,开拓了复变函数论更广阔的研究领域,为这门学科的发展做出了贡献。
从柯西算起,复变函数论已有170多年的历史了。它以其完美的理论与精湛的技巧成为数学的一个重要组成部分。它曾经推动过一些学科的发展,并且常常作为一个有力的工具被
应用在实际问题中。现在。复变函数论中仍然有不少尚待研究的课题,所以它将继续向前发展,并将取得更多应用。

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