Вычислить криволинейный интеграл Поверхностный интеграл Исследовать поведение функции Функции комплексной переменной Векторное поле Решение типовых задач Элементы теории множеств

Задачи курсового, типового расчета по математике. Примеры решений

Функции комплексной переменной

Определение и свойства функции комплексной переменной

 Пусть даны две плоскости комплексных чисел и на первой – множество D комплексных чисел z = x + iy, где i – мнимая единица (i2 = –1), на второй – множество G комплексных чисел w = u +iv.

Если каждому числу  по некоторому правилу f поставлено в соответствие определенное число , то говорят, что на множестве D задана функция комплексной переменной (ФКП), отображающая множество D в множество G. Обозначается: w = f (z).

Множество D называется областью определения ФКП.

Функцию w = f (z) можно представить в виде

f (z) = u(x, y) + iv(x, y),

где u(x, y) – действительная часть ФКП, v(x, y) – мнимая часть ФКП, обе они – действительные функции от x, y.

Пример 1. . Здесь  = x – iy – число, сопряженное числу z= x+iy.

Выделим действительную и мнимую части ФКП:

  u = x2 – y2 – 2x; v = 2xy + 2y.

Вычислим значение функции w в точке z1 = 2 – 3i:

.

Тот же результат получаем непосредственной подстановкой:

.

Говорят, что ФКП f (z) = u(x, y) +iv(x, y) имеет предел в точке z0, равный числу A = a + ib, если . Обозначается: .

Существование предела ФКП w = f (z) при  в означает существование двух пределов: .

  ФКП f (z) = u(x, y) +iv(x, y) называется непрерывной в точке z0, если выполняется условие: .

 Непрерывность ФКП w = f (z) в точке z0 = x0 + iy0 эквивалентна непрерывности функций u(x, y) и v(x, y) в точке (x0, y0).

 

Дифференцирование ФКП. Аналитические ФКП

Производной от функции комплексной переменной w = f (z) в точке z0 называется предел:

,

где , и  произвольным образом.

Функцию w = f (z), дифференцируемую в точке z0 и некоторой ее окрестности, называют аналитической, или регулярной функцией в точке z0.

 Точки, в которых ФКП не является аналитической, называют особыми точками этой функции.

Для того, чтобы функция f (z) = u(x, y) +iv(x, y) была аналитической в области D необходимо и достаточно, чтобы частные производные 1-го порядка функций u(x, y)  и v(x, y) были непрерывны в этой области и выполнялись бы условия:

,  (10)

называемые условиями Эйлера-Даламбера, или условиями Коши-Римана.

Теорема (о замене переменной в определенном интеграле)

Пусть функция  определена и непрерывна на ;
функция ,  удовлетворяет условиям:

1)  ; причем , ;

2)   ;

3)   на , т.е. функция  обратима на  – существует обратная функция , :  на ;  на .

Тогда

,

где  – какая-либо первообразная для подынтегральной функции .

Заметим, что если  на  при выполнении остальных условий и , , то пределы интегрирования по  следует поменять местами.

Доказательство. Рассмотрим интеграл  –
интеграл с переменным верхним пределом – сложная функция от

,

т.е. действительно функция  – первообразная для , поэтому

.

Пример Проверить аналитичность ФКП .


Криволинейный и поверхностный интеграл