- •Теория функций комплексной переменной Лекция № 70. Определение функции комплексной переменной
- •1.1. Комплексные числа и действия над ними
- •1.2. Тригонометрическая и показательная формы записи
- •1.3. Определение функции комплексной переменной
- •Лекция № 71
- •1.4. Предел и непрерывность функции комплексной переменной
- •Тема 2 : Ряды с комплексными членами
- •2.1. Числовые ряды
- •2.2. Степенные ряды
- •2.3. Основные элементарные функции комплексной переменной
- •Лекция № 72. Тема 3 : Производная функции комплексной переменной
- •3.1. Определение производной
- •3.2. Гармонические функции
- •Тема 4 : Интеграл от функции комплексной переменной
- •4.1. Определение интеграла
- •4.2. Основная теорема Коши
- •Лекция № 73
- •4.3. Интегральная формула Коши
- •4.4. Производные высших порядков от аналитической функции
- •4.5. Ряд Тейлора
- •. . . . .
- •4.6. Ряд Лорана
- •Лекция № 74
- •Тема 5 : Вычеты
- •5.1. Изолированные особые точки аналитической функции
- •5.2. Определение вычета
- •5.3. Основная теорема о вычетах
- •5.4. Применение вычетов к вычислению интегралов
- •Операционное исчисление Лекция № 75. Тема 1 : Оригинал и изображение
- •1.1. Определение оригинала и изображения
- •1.2. Изображения некоторых функций
- •Тема 2 : Основные теоремы операционного исчисления
- •2.1. Теоремы подобия, запаздывания и смещения
- •Лекция № 76.
- •3.2. Приложение операционного исчисления к задачам техники
- •Литература
- •С о д е р ж а н и е
Теория функций комплексной переменной Лекция № 70. Определение функции комплексной переменной
1.1. Комплексные числа и действия над ними
Вначале введём понятие комплексного числа.
Определение 1. Комплексным числом называется выражение , гдех и у действительные числа, а мнимая единица.
Такая форма представления комплексного числа называется алгеб-раической формой записи комплексного числа, при этом используются обозначения: действительная часть комплексного числа, мнимая часть комплексного числа.
Из этого определения следуют правила действия над комплексными числами:
Если и, то
, если
Определение 2. Комплексные числа иназываютсякомплексно сопряженными.
Легко показать, что .
Тогда
Пример 1.
1.2. Тригонометрическая и показательная формы записи
комплексного числа
Между комплексными числамии точкамина плоскости можно установить взаимнооднозначное соответствие. В этом случае плоскостьназываетсякомплексной плоскостью, координат-ные оси соответственно действительной осью и мнимой осью.
Тогда каждому комплексному
числу ставится ву
соответствие точка
или её радиус-вектор .
О х
При этом полярные координаты точки, изображающей комп-лексное число, называются соответственномодулем и аргументом комп-лексного числа и обозначаются и.
Так как , то получимтригонометрическую форму записи комплексного числа
(1)
Очевидно, если , то аргумент имеет бесконечно много значений, получаемых по формуле, гденазывают главным значением аргумента и по определению полагают. Два комплексных числа будут равны, если и.
Если воспользоваться формулой Эйлера , то фор-мула (1) примет вид (показательная форма записи комплексного числа)
(2)
Такие формы представления комплексных чисел очень удобны для действий над ними. Так непосредственно можно проверить следующие правила:
(3)
(4)
Из формулы (3) умножения комплексных чисел следует правило возведения в степень
(5)
Из правила (5) с учетом определения корня п-ой степени из числа z получаем и, если, а, то будут справедливы равенства, из которых следуют соотношения.
Таким образом, приходим к правилу извлечения корней из комплекс-ных чисел
, (6)
где, для того чтобы эти значения были различными, должно .
Пример 2. Найти .
Представим число i в тригонометрической форме (1)
.
Тогда по формуле (6) получаем два различных корня:
.
Путем возведения полученных корней в квадрат легко убедится в правильности полученного результата.
1.3. Определение функции комплексной переменной
Определение 3. Множество точек комплексной плоскости, которые удовлетворяют неравенству , называется-окрестностью точки.
Геометрически оно представляет собой круг радиуса с центром в точке, так как
.
Определение 4. Множество D точек комплексной плоскости называ-ется областью, если:
1. Каждая точка принадлежит D с некоторой окрестностью (свойство открытости);
2. Любые две точки, принадлежащие D, можно соединить непрерывной линией, все точки которой принадлежат D (свойство связности).
Определение 5. Область D с присоединенной границей называется замкнутой областью и обозначается .
Например, замкнутая область (круг).
Определение 6. Область D называется односвязной, если любая замк-нутая кривая, полностью принадлежащая области, может быть стянута в точку с помощью деформации без выведения из границ области.
y
x
Здесь область - односвязная, а области,и- много-связные.
Определение 7. В области D определена функция комплексной пере-менной , если каждой точкепо определённому правилу или закону поставлены в соответствие одна или несколько точек.
Геометрически это выглядит так
y v
D w
z G
O x O и
В первом случае функция называется однозначной, а во втором – многозначной.
Если , а, то для определенияw достаточно задать две функции и.
Определение 8. Функция , ставящая в соответствие точкеодну или несколько точек, называется обратной функцией к функции.
Пример 3. Рассмотрим функцию у
, заданную в области D :D
Найти область G, в которую данная О 1 х
функция преобразует область D.
В этом случае
Подставим в эту систему уравнение границы областиD (гипотенуза треугольника) и тогда
Получили параметрические уравнения линии (часть границы области G ). Если исключить параметр х, то уравнение первой части границы области G примет вид .
Подставим в систему уравнение границы областиD (катет треугольника):
И, наконец, аналогично поступим со следующей границей областиD :
Изобразим все полученные границы области G на рисунке.
v
2
y
1 w
z G
O 1 x 1 O 1 u
Таким образом, данная функция отображает прямоугольный треуголь-ник D на криволинейный треугольник G.