题目
若f(z)=u(x,y)+iv(x,y)是解析函数,则u(x,y)v(x,y)都是调和函数.A. 对B. 错
若f(z)=u(x,y)+iv(x,y)是解析函数,则u(x,y)v(x,y)都是调和函数.
A. 对
B. 错
题目解答
答案
A. 对
解析
考查要点:本题主要考查复变函数中解析函数与调和函数的关系,需要理解柯西-黎曼方程和调和函数的定义。
解题核心思路:
- 解析函数的实部
u(x,y)
和虚部v(x,y)
必须满足柯西-黎曼方程。 - 通过柯西-黎曼方程推导
u
和v
的二阶偏导数关系,验证它们是否满足拉普拉斯方程(即调和函数的定义)。
破题关键点:
- 明确调和函数的定义:函数的二阶混合偏导数之和为零,即$\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 u}{\partial y^2} = 0$。
- 利用柯西-黎曼方程的偏导数关系,通过代数运算证明
u
和v
均满足拉普拉斯方程。
步骤1:写出柯西-黎曼方程
若$f(z)=u(x,y)+iv(x,y)$解析,则u
和v
满足:
$\frac{\partial u}{\partial x} = \frac{\partial v}{\partial y}, \quad \frac{\partial u}{\partial y} = -\frac{\partial v}{\partial x}.$
步骤2:对u
求二阶偏导数
- 对$\frac{\partial u}{\partial x} = \frac{\partial v}{\partial y}$两边关于$x$求偏导:
$\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} = \frac{\partial^2 v}{\partial y \partial x}.$ - 对$\frac{\partial u}{\partial y} = -\frac{\partial v}{\partial x}$两边关于$y$求偏导:
$\frac{\partial^2 u}{\partial y^2} = -\frac{\partial^2 v}{\partial x \partial y}.$
步骤3:验证u
的调和性
将上述结果相加:
$\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 u}{\partial y^2} = \frac{\partial^2 v}{\partial y \partial x} - \frac{\partial^2 v}{\partial x \partial y} = 0.$
因此,u
是调和函数。
步骤4:同理证明v
的调和性
对柯西-黎曼方程进行类似推导,可得:
$\frac{\partial^2 v}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 v}{\partial y^2} = 0.$
因此,v
也是调和函数。