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1-2复变函数基本概念

§1.2 复数函数
授课要点:区域的概念,闭区域,复变函数的极限,连续的概念。

难点:极限概念及其与实变函数中相关概念的区别
1、 邻域:以0z 为圆心,以任意小ε半径作圆,则圆内所有点的集合称为0z 的邻域。

注意,这里说的是“圆内”,“圆边”上的不算。

内点、外点和边界点:
设有一个点集E ,若0z 及其领域均属于点集E ,则称0z 为E 的“内”
,若0z 及其邻域均不属于E ,则0z 为外点,若0z 的每个领域内,既有属于E 的点,也有不属于E 的点,则称0z 为E 的边界点,边界点的全体称为E 的边界线。

区域:(1)全由内点组成 (2)具有连通性,即点集中任意两点都可以用一条折线连起来,且折线上的点全都
属于该点集。

闭区域:区域B 及其边界线所组成的点集称为闭区域,用B 表示。

练习: 下面几个图所示的,哪个是区域?
答:(a),(b)皆为区域,(a)为单通区域,(b)为复连通区域,(c)不是区域.
例子: ||z r <代表一个圆内区域
||z r <代表一个圆外区域
12||r z r <<代表一个圆环区域
将上面三个式中的 < 换成 ≤, > 换成 ≥,则变成闭区域。

注意:区域的边界并不属于区域,闭区域和区域是两个概念
2、复变函数
定义:形式和实变函数一样,()w f z =
复变函数的定义域不再限于实轴上某个区间,而是复平面上的某个区域. 函数的值域也可以对应复平面上的某个区域(也可能不是):
变量:z x iy =+
函数:()(,)(,,)w f z u x y iv x y ==+
复变函数的实部和虚部都是一个二元函数(实函数),关于二元实变函数的很多理论都可用于复变函数中(形式可能有所变化)
极限:
设函数f (z )在0z 点的领域内有定义,如果存在复数A ,对于任意的0ε>,总能找到一个()0δε>,使得:当0||z z δ-<时,恒有|()|f z A ε-<,则称0z z →时f (z )的极限为A ,即
0lim ()z z f z A →=
对于非数学专业的学生而言,这段话略显晦涩,一个不太严格但直观的表述是:
当z 以任意方式逼近0z ,()f z 都逼近A
不会因为z 逼近方式之不同,而导致()f z 逼近不同的值,或者发散
举例:(1)222()()xy f z i x y x y
=+++ 222(,)xy u x y x y =+ 2222
lim 22(,)010
kx k u x y x x ky k y ==→++→ 结果将因k 之不同而不同,故极限不存在.
(2)实变函数例子1()f x x
= 0lim ()x f x +→=+∞, lim ()x x
f x -→=-∞ 连续:0
0lim ()()z z f z A f z →== 因为()(,)(,)f z u x y iv x y =+,所以,复变函数的连续问题,可以归结为两个二元实变函数的连续问题。

几个简单的复变函数
(1) 多项式:2012n
n a a z a z a z +++ (其中n 为整数) (2) 有理分式:20122012n
n n n a a z a z a z b b z b z b z
++++++
(3) 根式 (4) 指数函数 (cos sin )z x iy x e e e y i y +==+
三角函数:sin 2iz iz e e z i --=,cos 2
iz iz
e e z -+= 双曲函数:2z z e e shz -+=(双曲正弦),2
z z
e e chz -+=(双曲余弦) 对数函数:ln ln ln iArgZ z z e z iArgz ==+
幂函数:ln s s z z e =(s 可以为复数)
复变函数一些与实变函数不一样的地方:
(1) 实变函数sin 1x ≤,cos 1x ≤,但复变函数sin z 和cos z 可以大于1。

(2) x e 是一个单调增长的函数,z e 却是一个周期函数,周期为2i π,shz 、chz 也是周
期为2i π的函数
(3) -1的对数有意义
2ln(1)ln (21)i n i e i n πππ+-==+
附:高数复习:连续的概念
连续的概念:按定义是0
00()lim ()x x f x f x →=,但这样的理解太过机械,但若将连续理解为()f x 在0x 领域的值为00()()()f x f x εδε+=+,其中()δε在0ε→时,()0δε→,
即()f x 在0x 附近的值不能跃变,象阶跃函数1,0()0,0x x x >⎧Θ=⎨<⎩
,在0x =就是不连续的,再如1()f x x
=在0x =附近也不连续。

第0类间断点(可去间断点):()()()f x f x f x +-=≠
第1类间断点:()()f x f x +-≠
第2类间断点:(),()f x f x +-中之一或全部不存在。

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