復變函數(shù)課件第一章

復變函數(shù)課件第一章第1頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四

第一章復數(shù)與復變函數(shù)1.1復數(shù)及其運算1.2復平面上的曲線和區(qū)域1.3

復變函數(shù)1.4復變函數(shù)的極限和連續(xù)性第2頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四16世紀，意大利學者卡當（Cardan）第一個把負數(shù)的平方根寫進公式。笛卡爾稱為“虛數(shù)”，歐拉“純屬虛幻”。1747年法國數(shù)學家達朗貝爾指出，按多項式四則運算，這種數(shù)的結果總是形式的。1730年，棣莫弗公式，1748年歐拉公式，并創(chuàng)作了i作為虛數(shù)單位。復平面的表示，并與向量對應，理論逐漸完備。

§1.1復數(shù)及其運算一、復數(shù)的概念1、產(chǎn)生背景第3頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四的數(shù)稱為復數(shù)，其中稱為虛單位，2、定義：形如為任意實數(shù),且記分別稱為的實部（realpart）與虛部(imaginarypart)。第4頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四（1）

當，則稱為純虛數(shù)。當時，則為實數(shù)，虛部為0的復數(shù)可以看成實數(shù)。全體實數(shù)是全體復數(shù)的一部分。復數(shù)是實數(shù)的推廣。虛部不為0的復數(shù)稱為虛數(shù)。第5頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四（2）復數(shù)的相等所以，復數(shù)為0意味著什么呢？兩個復數(shù)是否可以簡單比較大小？第6頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四兩復數(shù)相等當且僅當它們的實部和虛部分別相等.復數(shù)z

等于0當且僅當它的實部和虛部同時等于0.說明兩個數(shù)如果都是實數(shù),可以比較它們的大小,如果不全是實數(shù),就不能比較大小,也就是說,復數(shù)不能比較大小.第7頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四（3）共軛復數(shù)

稱為z的共軛復數(shù)。記為是一一對應的關系。例：第8頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四復平面的定義二、復數(shù)的表示法第9頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四1、(復平面上的)點表示-----用坐標平面上的點(1806高斯）rθ此時的坐標面（稱為復平面）與直角坐標平面的區(qū)別與聯(lián)系。為了方便，復平面復平面中不區(qū)分點和復數(shù)。第10頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四2.向量表示-------（1）復數(shù)的模(或絕對值)顯然下列各式成立第11頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四（2）復數(shù)的輻角說明輻角不確定.第12頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四輻角主值的定義:第13頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四（3）利用平行四邊形法求復數(shù)的和差兩個復數(shù)的加減法運算與相應的向量的加減法運算一致.第14頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四（4）復數(shù)和差的模的性質第15頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四3、三角（或極坐標）表示---由得歐拉公式5、代數(shù)表示------第16頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四LeonhardEulerBorn:15April1707inBasel,Switzerland

Died:18Sept1783inStPetersburg,Russia歐拉資料第17頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四

復數(shù)的各種表示可相互轉換在不同的運算中可選擇不同表示式進行運算。NSPyzZx6*、復球面表示------

將擴充復平面中的所有復數(shù)唯一表示為一個點，則所有復數(shù)與復球面上的點建立一一對應關系。第18頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四三、復數(shù)的運算1、相等——兩個復數(shù)，當且僅當實部與虛部分別相等時才相等。2、和、差、積、商（分母不為0）——代數(shù)式、三角式、指數(shù)式。按多項式的運算方法進行，并將代入。另外，我們所熟知的代數(shù)運算在復數(shù)域中依然成立。第19頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四虛數(shù)單位的特性:……第20頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四復數(shù)的代數(shù)運算1.兩復數(shù)的和:2.兩復數(shù)的積:3.兩復數(shù)的商:第21頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四共軛復數(shù)的性質實部相同而虛部絕對值相等符號相反的兩個復數(shù)稱為共軛復數(shù).例2解第22頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四zzyxo第23頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四性質:以上各式證明略.第24頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四復數(shù)的乘積模和輻角集合相等第25頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四單位復數(shù)相乘相當于旋轉一個角度，比如第26頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四模為1時，可得棣莫弗公式第27頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四四、復數(shù)的n次方根的n個值恰為以原點為中心，的內接正邊形的頂點，當時，為半徑的圓周稱為主值。第28頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四答疑解惑

答：不能，實數(shù)能比較大小，是因為實數(shù)是有序的；而復數(shù)是無序的，所以不能比較大小。假設復數(shù)有大小，其大小關系應與實數(shù)中大小關系保持一致，（因為實數(shù)是復數(shù)的特例），不妨取0和i加以討論：1、復數(shù)能否比較大小，為什么？注：復數(shù)的模、實部和虛部都是實數(shù)，輻角也是實數(shù)，可比較大小。第29頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四2、復數(shù)可以用向量表示，則復數(shù)的運算與向量的運算是否相同？答：有相同之處，但也有不同之處。

加減和數(shù)乘運算相同，乘積運算不同，向量運算有數(shù)量積、向量積和混合積，復數(shù)則沒有；復數(shù)運算有乘除及乘冪、方根，但向量沒有；乘積運算的幾何意義不同。第30頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四典型例題例1、判斷下列命題是否正確？（1）（2）（3）（

×

）（

∨

）（

×

）第31頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例2、求下列復數(shù)的模與輻角（1）（2）（3）（4）第32頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四解（1）（2）第33頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四（3）(4)第34頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例3、求滿足下列條件的復數(shù)z：（1）（3）（2）且第35頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四第36頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四第37頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例4求方程的根。并將分解因式。解∵，則的其余三個根即為所求得由第38頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四第39頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四§1.2復平面上的曲線和區(qū)域一、復平面上的曲線方程平面曲線有直角坐標方程和參數(shù)方程兩種形式。第40頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四很多平面圖形能用復數(shù)形式的方程(或不等式)來表示;也可以由給定的復數(shù)形式的方程(或不等式)來確定它所表示的平面圖形.第41頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四由代入知曲線C的方程可改寫成復數(shù)形式若令，而，則曲線C的參數(shù)方程等價于復數(shù)形式。第42頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例1將通過兩點z1=x1+iy1與z2=x2+iy2的直線用復數(shù)形式的方程來表示.

[解]

通過點(x1,y1)與(x2,y2)的直線可用參數(shù)方程表示為因此,它的復數(shù)形式的參數(shù)方程為

z=z1+t(z2-z1).(-<t<+)第43頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四由此得知由z1到z2的直線段的參數(shù)方程可以寫成

z=z1+t(z2-z1).(0t1)取,得知線段的中點為第44頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例2求下列方程所表示的曲線:第45頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四[解]設z=x+iy,方程變?yōu)闉橐粓A-iOxy第46頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四幾何上,該方程表示到點2i和-2的距離相等的點的軌跡,所以方程表示的曲線就是連接點2i和-2的線段的垂直平分線,方程為y=-x,也可用代數(shù)的方法求出Oxy-22iy=-x第47頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四設z=x+iy,那末可得所求曲線的方程為y=-3.Oyxy=-3第48頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四二、簡單曲線與光滑曲線第49頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四除在z(a)=z(b)外無其它重點的連續(xù)曲線稱為簡單閉曲線，例如，

是一條簡單閉曲線（如圖）.第50頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四在幾何直觀上，簡單曲線是平面上沒有“打結”情形的連續(xù)曲線，即簡單曲線自身是不會相交的；簡單閉曲線除了沒有“打結”情形之外，還必須是封閉的，例如，圖中的是簡單曲線，是簡單閉區(qū)域，圖中的，不是簡單曲線，但是閉曲線.圖圖第51頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四三、區(qū)域

1、去心鄰域3、區(qū)域及分類2、內點與開集區(qū)域——連通的開集。第52頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四鄰域平面上以為心，為半徑的圓：內部所有點的集合稱為點的—鄰域，記為，即稱集合為的去心—鄰域，記作.第53頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四內點：設G為復平面上的點集，若且存在的一個鄰域，則稱為G的內點。邊界點：若點而P的任意一個鄰域內既包含有G的點又包含有不屬于G的點，則稱P為G的邊界點。G的邊界點所組成的集合稱為G的邊界。第54頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四開集如果點集的每一個點都是的內點，則稱為開集.閉集如果點集的余集為開集，則稱為閉集.連通集設是開集，如果對于內任意兩點，都可用折線連接起來，且該折線上的點都屬于，則稱開集是連通集.區(qū)域（或開區(qū)域）連通的開集稱為區(qū)域或開區(qū)域.閉區(qū)域開區(qū)域連同它的邊界一起，稱為閉區(qū)域，記為.第55頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四3.單連通域、多連通域設是復平面上一區(qū)域，如果在內任作一條簡單閉曲線，其內部的所有點都在中，則稱區(qū)域為單連通區(qū)域；否則稱為多連通區(qū)域或復連通區(qū)域.任一去心鄰域、環(huán)形域都是多聯(lián)通的。第56頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四在幾何直觀上，單連通區(qū)域是一個沒有“空洞（點洞）和縫隙”的區(qū)域，而多連通區(qū)域是有“洞或縫隙”的區(qū)域，它可以是由曲線所圍成的區(qū)域中挖掉幾個洞，除去幾個點或一條線段而形成的區(qū)域（如圖）.圖屬于單連通區(qū)域D內的任一條簡單閉曲線，在D內可以經(jīng)過連續(xù)的變形而收縮成一點。第57頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四注：①閉區(qū)域，它不是區(qū)域。②任意一條簡單閉曲線C把復平面分為三個不相交的點集：有界區(qū)域稱為C的內部；無界區(qū)域，稱為C的外部；C，稱為內部與外部的邊界。第58頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四(1)圓環(huán)域:課堂練習判斷下列區(qū)域是否有界?(2)上半平面:(3)角形域:(4)帶形域:答案(1)有界;(2)(3)(4)無界.第59頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四§1.3復變函數(shù)一、復變函數(shù)的概念1、定義——對于集合G中給定的

，總有一個（或幾個）確定的復數(shù)與之對應，并稱G為定義集合，而稱為函數(shù)值集合(值域).分類——第60頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四2、復變函數(shù)與實函數(shù)的關系討論一個復變函數(shù)研究兩個實二元函數(shù)

第61頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例1

將定義在全平面上的復變函數(shù)化為一對二元實變函數(shù).解設，，代入得

比較實部與虛部得，第62頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例2將定義在全平面除原點區(qū)域上的一對二元實變函數(shù)，（）化為一個復變函數(shù).解設，，則將，以及代入上式，經(jīng)整理后，得第63頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四教材P14（例1.3.2)是否為單值函數(shù)

令則均為單值的實二元函數(shù)是單值函數(shù)。故3、復變函數(shù)的單值性討論第64頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四教材P14(例1.3.3）是單值函數(shù)嗎？，均為多值的實二元函數(shù)方法二、見教材P15,（復數(shù)的n次方根）第65頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四二、映射復變函數(shù)的幾何圖形表示第66頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四

函數(shù)在幾何上可以看著是把z

平面上的一個點集D

（定義域）變到w平面上的一個點集G（值域）的一個映射（或映照）。與G中的點為一一對應映射為雙射第67頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四典型例題例1、求z平面上的下列圖形在映射下的象。第68頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四解:乘法的模與輻角定理Howcomplextheexpressionare!第69頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四uv4i圖a虛軸上從點0到4i的一段（見圖a）。(1)記，則即w平面內4圖b（3）見教材P16例1.3.4（3）第70頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四映為（4）將直線建立所滿足的象曲線方程，消，是以原點為焦點，開口向左的拋物線（見圖c1)vu圖c12其是以原點為焦點，開口向右的拋物線（見圖c2）。

將線映為，消x得第71頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例2、求下列曲線在映射下的象解法一（1）

消x,y建立u,v所滿足的象曲線方程或由兩個實二元函數(shù)反解解得x=x(u,v),y=y(u,v）后，代入原象曲線方程即得象曲線方程第72頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四（2）代入原象曲線方程，得第73頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四解法二代入原象方程得化為實方程形式（2）留作練習。第74頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四第75頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四第76頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四§1.4復變函數(shù)的極限和連續(xù)性第77頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四復變函數(shù)的極限定義

設函數(shù)在的某去心鄰域內有定義，若對任意給定的正數(shù)（無論它多么小）總存在正數(shù)，使得適合不等式的所有，對應的函數(shù)值都滿足不等式則稱復常數(shù)為函數(shù)當時的極限，記作或第78頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四有如下的定理存在第79頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四定理1.4.1

設，則的充分必要條件為:且第80頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四第81頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四復變函數(shù)的極限四則運算法則：設，，則

(1)

(2)

(3)第82頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例1

試求下列函數(shù)的極限.（1）（2）解（1）法1設，則，且

得

第83頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四法2（2）

設，則，得

第84頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例2證明函數(shù)在時極限不存在.證設，而，.考慮二元實函數(shù)當沿著（為任意實數(shù)）趨向于，即

第85頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四

顯然，極限值隨值的不同而不同，所以根據(jù)二元實變函數(shù)極限的定義知，在趨向于時的極限不存在，即得結論.第86頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例3證:第87頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四根據(jù)定理可知,第88頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四第89頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四第90頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四判別的辦法是轉化為實函數(shù)的連續(xù)性三個條件：有值，極限存在，相等第91頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四第92頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四例證第93頁，共100頁，2023年，2月20日，星期四