Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Производная ФКП. Условия Коши-Римана. Аналитические функции.






    Понятие функции комплексной переменной

    Сначала освежим знания о школьной функции одной переменной:

    Функция одной переменной – это правило, по которому каждому значению независимой переменной (из области определения) соответствует одно и только одно значение функции . Естественно, «икс» и «игрек» – действительные числа.

    В комплексном случае функциональная зависимость задается аналогично:

    Однозначная функция комплексной переменной – это правило, по которому каждому комплексному значению независимой переменной (из области определения) соответствует одно и только одно комплексное значение функции . В теории рассматриваются также многозначные и некоторые другие типы функций, но для простоты я остановлюсь на одном определении.

    Чем отличается функция комплексной переменной?

    Главное отличие: числа комплексные. Я не иронизирую. От таких вопросов нередко впадают в ступор, в конце статьи историю прикольную расскажу. На уроке Комплексные числа для чайников мы рассматривали комплексное число в виде . Поскольку сейчас буква «зет» стала переменной, то её мы будем обозначать следующим образом: , при этом «икс» и «игрек» могут принимать различные действительныезначения. Грубо говоря, функция комплексной переменной зависит от переменных и , которые принимают «обычные» значения. Из данного факта логично вытекает следующий пункт:

    Действительная и мнимая часть функции комплексной переменной

    Функцию комплексной переменной можно записать в виде:
    , где и – две функции двух действительных переменных.

    Функция называется действительной частью функции .
    Функция называется мнимой частью функции .

    То есть, функция комплексной переменной зависит от двух действительных функций и . Чтобы окончательно всё прояснить рассмотрим практические примеры:

    Пример 1

    Найти действительную и мнимую часть функции

    Решение: Независимая переменная «зет», как вы помните, записывается в виде , поэтому:

    (1) В исходную функцию подставили .

    (2) Для первого слагаемого использовали формулу сокращенного умножения . В слагаемом – раскрыли скобки.

    (3) Аккуратно возвели в квадрат , не забывая, что

    (4) Перегруппировка слагаемых: сначала переписываем слагаемые, в которых нет мнимой единицы (первая группа), затем слагаемые, где есть (вторая группа). Следует отметить, что перетасовывать слагаемые не обязательно, и данный этап можно пропустить (фактически выполнив его устно).

    (5) У второй группы выносим за скобки.

    В результате наша функция оказалась представлена в виде

    Ответ:
    – действительная часть функции .
    – мнимая часть функции .

    Что это получились за функции? Самые что ни на есть обыкновенные функции двух переменных, от которых можно найти такие популярные частные производные. Без пощады – находить будем. Но чуть позже.

    Кратко алгоритм прорешанной задачи можно записать так: в исходную функцию подставляем , проводим упрощения и делим все слагаемые на две группы – без мнимой единицы (действительная часть) и с мнимой единицей (мнимая часть).

    Пример 2

    Найти действительную и мнимую часть функции

    Это пример для самостоятельного решения. Перед тем как с шашками наголо броситься в бой на комплексной плоскости, позвольте дать самый важный совет по теме:

    БУДЬТЕ ВНИМАТЕЛЬНЫ! Внимательным нужно быть, конечно, везде, но в комплексных числах следует быть внимательным, как никогда! Помните, что , аккуратно раскрывайте скобки, ничего не теряйте. По моим наблюдениям, самой распространенной ошибкой является потеря знака. Не спешите!

    Полное решение и ответ в конце урока.

    Чтобы дальше легче жилось, обратим внимание на пару полезных формул. В Примере 1 было выяснено, что .

    Теперь куб. Используя формулу сокращенного умножения , выведем:
    .

    Рекомендую переписать в тетрадь две рабочие формулы:

    Формулы очень удобно использовать на практике, поскольку они значительно ускоряют процесс решения.

     

    Дифференцирование функций комплексной переменной.
    Условия Коши-Римана

    У меня есть две новости: хорошая и плохая. Начну с хорошей. Для функции комплексной переменной справедливы правила дифференцирования и таблица производных элементарных функций. Таким образом, производная берётся точно так же, как и в случае функции действительной переменной .

    Плохая новость состоит в том, что для многих функций комплексной переменной производной не существует вообще, и приходится выяснять, дифференцируема ли та или иная функция. А «выяснять», как чует ваше сердце, связано с дополнительными заморочками.

    Рассмотрим функцию комплексной переменной . Для того, чтобы данная функция была дифференцируема необходимо и достаточно:

    1) Чтобы существовали частные производные первого порядка . Об этих обозначениях сразу забудьте, поскольку в теории функции комплексного переменного традиционно используется другой вариант записи: .

    2) Чтобы выполнялись так называемые условия Коши-Римана:

    Только в этом случае будет существовать производная!

    Пример 3

    Определить действительную и мнимую части функции . Проверить выполнение условий Коши-Римана. В случае выполнения условий Коши-Римана, найти производную функции.

    Решение раскладывается на три последовательных этапа:

    1) Найдём действительную и мнимую часть функции. Данное задание было разобрано в предыдущих примерах, поэтому запишу без комментариев:

    Так как , то:

    Таким образом:
    – действительная часть функции ;
    – мнимая часть функции .

    Остановлюсь еще на одном техническом моменте: в каком порядке записывать слагаемые в действительной и мнимой частях? Да, в принципе, без разницы. Например, действительную часть можно записать так: , а мнимую – так: .

    3) Проверим выполнение условий Коши Римана. Их два.

    Начнем с проверки условия . Находим частные производные:

    Таким образом, условие выполнено.

    Несомненно, приятная новость – частные производные почти всегда очень простые.

    Проверяем выполнение второго условия :

    Получилось одно и то же, но с противоположными знаками, то есть, условие также выполнено.

    Условия Коши-Римана выполнены, следовательно, функция дифференцируема.

    3) Найдём производную функции. Производная тоже очень простая и находится по обычным правилам:

    Мнимая единица при дифференцировании считается константой.

    Ответ: – действительная часть, – мнимая часть.
    Условия Коши-Римана выполнены, .

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.