Слайд 1Лекция 10.
§ 10.1 Основные свойства производной.
Понятие аналитичности.
Если
и
дифференцируемы в точке
, то
1. Сумма и разность функций дифференцируема в точке , причем
2. дифференцируема в точке , причем
, дифференцируема в точке
и
4. Если функция f ( W ) дифференцируема в точке
а функция дифференцируема в точке , то сложная функция будет дифференцируема в точке , причем
Слайд 3Понятие аналитичности ФКП
Пусть дана функция w = f ( z
) определенная на некоторой открытой области D. Функция w =
f ( z ) аналитична на открытой области D, если она дифференцируема в любой точке .
Если функция аналитична на области, то у функции существуют все производные любого порядка на этой области.
Слайд 4Замечание
Если говорят, что функция f ( z ) аналитична в
точке , то это равносильно утверждению, что она
дифференцируема в точке и некоторой ее окрестности.
Из аналитичности следует дифференцируемость в точке. Из дифференцируемости не обязательно следует аналитичность функции в точке.
Слайд 5Свойства аналитичных функций
Если
аналитичны в области D, то:
1.
- аналитична в области D .
- аналитична в области D .
3. при условии, что аналитична в области D.
Аналитичные функции называют регулярными функциями.
Слайд 610.2 Элементарные функции комплексного переменного.
Функция
- степенная
функция. Эта функция определена на всей комплексной плоскости z. Эта функция однозначна на всей комплексной плоскости z, она аналитична на всей комплексной области z, так как в любой точке
Слайд 7Доказательство:
Считаем, что функция:
1. Определена на части комплексной плоскости с
Слайд 8вырезом по отрицательной части вещественной оси, то есть :
Вырез
делается для того, чтобы существовал арифметический корень.
2. Эта функция многозначная.
У
функции можно выделить m-однозначных ветвей, путей фиксирования k, в формуле
Слайд 9Можно определить комплексную функцию
как суперпозицию степенных функций.
Эта функция будет определена на комплексной плоскости с вырезом, многозначной на этой плоскости с вырезом, у нее можно выделить однозначную ветвь при фиксированном k. На области с вырезом, все степенные функции аналитичны, причем их производные находятся
Слайд 10по формуле:
Показательная функция
Показательная функция комплексного переменного, для
определяется следующим образом:
При
имеем, что
Слайд 123. Функция аналитична во всей комплексной плоскости, причем
Доказательство:
u v
Найдем частные производные
Слайд 13
Частные производные непрерывны для ,
как
произведение непрерывных функций. Значит функции u и v – дифференцируемы:
То есть выполняются условия Коши-Римана. Тогда функция f ( z ) дифференцируема в любой точке z в силу теоремы «необходимое и достаточное
Слайд 14условие дифференцируемости».
Следовательно, функция аналитична на всей комплексной плоскости.
Покажем, что
Так как
4.
В отличие от функции действительного переменного, показательная функция комплексного переменного
– периодическая функция, с
Слайд 15наименьшим периодом .
Показательная функция является однозначной.
Логарифмическая функция
Пусть
дано к.ч.
. Логарифмом к.ч. называется к.ч. .
Если каждому к.ч поставлено в
Слайд 16соответствие к.ч.
таким образом, что
, то
говорят, что задана логарифмическая функция .
Логарифмическая функция определена в комплексной области с вырезом по вещественной оси.
1. D – область определенная
2. Найдем выражение для логарифмической функции
,
тогда
Два к.ч. равны, когда , а аргументы отличаются на :
Логарифмируя (1) имеем:
C учетом этого:
Слайд 18
Из формулы видно, что логарифмическая функция неоднозначна, из нее можно
выделить однозначную ветвь фиксируя k.
Ветвь, полученная при k = 0
называется главным значением логарифма.
Ветвей у логарифмической функции бесчисленное множество.
Слайд 19Любая однозначная ветвь логарифмической функции аналитична на области с вырезом.
Тригонометрические
ФКП
По определению:
1. Тригонометрические функции определены при любом комплексном z.
2. При
z = x, y = 0 они совпадают с обычными
Слайд 20функциями действительного переменного.
3. Эти функции аналитичны во всей комплексной плоскости,
причем
Доказательство
периодичны.
В силу
– периодичности показательной функции
5. Функции комплексного переменного sin z, cos z
Слайд 22обращаются в ноль только на действительной оси.
Решим уравнение
Все выражение умножим
на
Прологарифмируем полученное выражение
Слайд 23Раскрывая получим
То есть косинус обращается в ноль только в точках
действительной оси.
Синус тоже обращается в ноль в точках действительной оси.
6.
Функции sin, cos действительного переменного <1.
Слайд 24Для ФКП это не так.
могут быть >1.
В комплексной области sin z и cos z могут превышать 1.
Слайд 25
cos x, sin x - не могут быть >1.
ch y,
sh y – могут быть >1, поэтому
sin z может
быть >1.
Для тригонометрической ФКП выполняются следующие тригонометрические тождества
( по определению)
Слайд 26
Тригонометрические функции являются однозначными.
Общепоказательные и общестепенные функции.
Определение.
Для любого комплексного числа
a и переменной z, комплексная функция, определенная как
называется общепоказательной функцией.
- общестепенная функция.
Эти функции определены на комплексной плоскости с вырезом
по отрицательной части действительной оси, являются многозначными функциями. Значения их находятся по приведенным выше формулам.
Слайд 28Можно определить:
Обратные тригонометрические функции.
Если каждому комплексному числу z поставлено в
соответствие комплексное число w:
то комплексное число w называется
и обозначается
Определение (обратных
тригонометрических функций)
Функции определяются как обратные функции соответственно,
то есть :
Пусть , тогда по определению
Слайд 30
Или умножая обе части равенства на
и, перенося все слагаемые
в левую часть, получаем:
Слайд 31Из формулы следует, что
- функция бесконечнозначная.