7.(单选题,10分)若f(z)=xy^2+ix^2y,则f(z)()A. 仅在直线y=x上可导B. 仅在直线y=-x上可导C. 仅在(0,0)点解析D. 仅在(0,0)点可导
A. 仅在直线y=x上可导
B. 仅在直线y=-x上可导
C. 仅在(0,0)点解析
D. 仅在(0,0)点可导
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查复变函数的可导性与解析性的判定,需应用柯西-黎曼方程进行分析。
解题核心思路:
- 分解函数:将复变函数$f(z)$分解为实部$u(x,y)$和虚部$v(x,y)$。
- 计算偏导数:分别求出$u$和$v$的四个一阶偏导数。
- 代入柯西-黎曼方程:联立方程$\frac{\partial u}{\partial x} = \frac{\partial v}{\partial y}$和$\frac{\partial u}{\partial y} = -\frac{\partial v}{\partial x}$,求解满足条件的点。
- 判断可导性与解析性:若仅在孤立点满足柯西-黎曼方程,则函数仅在该点可导,但无法在任何邻域内满足,故不解析。
破题关键点:
- 柯西-黎曼方程的解唯一对应原点:通过联立方程发现,只有$(0,0)$同时满足所有条件。
- 可导性与解析性的区别:解析要求函数在某邻域内每一点都可导,而本题仅在$(0,0)$可导,因此不解析。
设$f(z) = u(x,y) + iv(x,y)$,其中:
$u(x,y) = xy^2, \quad v(x,y) = x^2y$
步骤1:计算偏导数
$\frac{\partial u}{\partial x} = y^2, \quad \frac{\partial u}{\partial y} = 2xy \\
\frac{\partial v}{\partial x} = 2xy, \quad \frac{\partial v}{\partial y} = x^2$
步骤2:代入柯西-黎曼方程
$\begin{cases}\displaystyle \frac{\partial u}{\partial x} = \frac{\partial v}{\partial y} \implies y^2 = x^2 \\\displaystyle \frac{\partial u}{\partial y} = -\frac{\partial v}{\partial x} \implies 2xy = -2xy\end{cases}$
步骤3:解方程组
- 第二个方程化简得$4xy = 0$,即$x=0$或$y=0$。
- 结合第一个方程$y^2 = x^2$:
- 若$x=0$,则$y^2=0 \implies y=0$,得唯一解$(0,0)$。
- 若$y=0$,则$x^2=0 \implies x=0$,仍得$(0,0)$。
步骤4:验证可导性
在$(0,0)$处,计算导数的极限:
$\lim_{\Delta z \to 0} \frac{f(\Delta z)}{\Delta z} = \lim_{\Delta x + i\Delta y \to 0} \frac{\Delta x (\Delta y)^2 + i (\Delta x)^2 \Delta y}{\Delta x + i \Delta y}$
无论沿何种路径趋近,极限均为$0$,故$f(z)$在$(0,0)$处可导。
步骤5:判断解析性
解析要求函数在某邻域内每一点均可导,但柯西-黎曼方程仅在$(0,0)$处成立,因此$f(z)$不解析。