题目
试证下列函数在z平面上解析,并分别求出其导函数. (1)f(z)=x3+3x2yi一3xy2一y3i; (2)f(z)=ex(xcosy—ysin y)+iex(ycos y+xsin y); (3)f(z)=sin x.cosh y+i cos x.sinh y; (4)f(z)=cos x.cosh y—i sin x.sinh y.
试证下列函数在z平面上解析,并分别求出其导函数. (1)f(z)=x3+3x2yi一3xy2一y3i; (2)f(z)=ex(xcosy—ysin y)+iex(ycos y+xsin y); (3)f(z)=sin x.cosh y+i cos x.sinh y; (4)f(z)=cos x.cosh y—i sin x.sinh y.
题目解答
答案
(1)由u(xy)=x 3 一3xy 2 v(xy)=3x 2 y—y 3 则 u x =3x 2 一3y 2 u y =一6xyv x =6xyv y =3x 2 一3y 2 故u x u y v x v y 在z平面上连续且满足C.一R方程 u x =v y u y =v x . 所以f(z)在z平面上解析且f(z)=u+iv x =(3x 2 一3y 2 )+i6xy=3z 2 . (2)因为u(xy)=e x (xcos y—ysin y)v(xy)=e x (ycos y+xsin y)则 u=e x (xcos y—ysin y+cos y)u=e x (一xsin y—ycos y—sin y) v=e x (ycos y+xsin y+sin y)v=e x (cos y—ysin y+xcos y) 故u x u y v x v y 在z平面上连续且满足C.一R方程 u x =v y u y =v x . 所以f(z)在z平面上解析且有f'(z)=u x +iv x =e x (xcos y—ysin y+cos y)+ie x (ycos y+xsin y+sin y) =e x [x(cos y+isin y)+iy(cos y+isin y)+(cos y+isin y)] =e x .e iy (z+iy+1) =e z (z+1).(3)因为u(xy)=sin xcosh yv(xy)=cos xsinh y则u=cos xcosh yv=一sin xsinh yuy=sin xsinh yvy=cos xcosh y故u x u y v x v y 在z平面上连续且满足C—R方程 u x =v y u y =v x 所以f(z)在z平面上解析且f'(z)=u x +iv x =cos xcosh y—isin xsinh y (4)因为u(xy)=cos xcosh yv(xy)=一sin xsinh y则 u x =一sin xeosh yu y =cos x sinh y v x =一cos x sinh yv x =一sin xcogh y故u x u y v x v y 在z平面上连续。且满足C—R方程 u x =v y u y =v x 所以f(z)在z平面上解析且f'(z)=u x +iv x =一sin xcosh y—icos xsinh y (1)由u(x,y)=x3一3xy2,v(x,y)=3x2y—y3,则ux=3x2一3y2,uy=一6xy,vx=6xy,vy=3x2一3y2,故ux,uy,vx,vy在z平面上连续,且满足C.一R方程ux=vy,uy=vx.所以f(z)在z平面上解析,且f(z)=u+ivx=(3x2一3y2)+i6xy=3z2.(2)因为u(x,y)=ex(xcosy—ysiny),v(x,y)=ex(ycosy+xsiny),则u=ex(xcosy—ysiny+cosy),u=ex(一xsiny—ycosy—siny)v=ex(ycosy+xsiny+siny),v=ex(cosy—ysiny+xcosy)故ux,uy,vx,vy在z平面上连续,且满足C.一R方程ux=vy,uy=vx.所以f(z)在z平面上解析,且有f'(z)=ux+ivx=ex(xcosy—ysiny+cosy)+iex(ycosy+xsiny+siny)=ex[x(cosy+isiny)+iy(cosy+isiny)+(cosy+isiny)]=ex.eiy(z+iy+1)=ez(z+1).(3)因为u(x,y)=sinxcoshy,v(x,y)=cosxsinhy,则u=cosxcoshy,v=一sinxsinhy,uy=sinxsinhy,vy=cosxcoshy故ux,uy,vx,vy在z平面上连续,且满足C—R方程ux=vy,uy=vx所以,f(z)在z平面上解析,且f'(z)=ux+ivx=cosxcoshy—isinxsinhy(4)因为u(x,y)=cosxcoshy,v(x,y)=一sinxsinhy,则ux=一sinxeoshy,uy=cosxsinhy,vx=一cosxsinhy,vx=一sinxcoghy故ux,uy,vx,vy在z平面上连续。且满足C—R方程ux=vy,uy=vx所以,f(z)在z平面上解析,且f'(z)=ux+ivx=一sinxcoshy—icosxsinhy
解析
步骤 1:确定函数的实部和虚部
对于每个函数,我们首先确定其实部和虚部。例如,对于函数(1),实部为\(u(x,y) = x^3 - 3xy^2\),虚部为\(v(x,y) = 3x^2y - y^3\)。
步骤 2:计算偏导数
计算实部和虚部关于\(x\)和\(y\)的偏导数。例如,对于函数(1),我们计算\(u_x, u_y, v_x, v_y\)。
步骤 3:验证C-R方程
验证C-R方程,即\(u_x = v_y\)和\(u_y = -v_x\)。如果满足这些方程,函数在z平面上解析。
步骤 4:计算导函数
如果函数在z平面上解析,我们可以通过\(f'(z) = u_x + iv_x\)计算导函数。
对于每个函数,我们首先确定其实部和虚部。例如,对于函数(1),实部为\(u(x,y) = x^3 - 3xy^2\),虚部为\(v(x,y) = 3x^2y - y^3\)。
步骤 2:计算偏导数
计算实部和虚部关于\(x\)和\(y\)的偏导数。例如,对于函数(1),我们计算\(u_x, u_y, v_x, v_y\)。
步骤 3:验证C-R方程
验证C-R方程,即\(u_x = v_y\)和\(u_y = -v_x\)。如果满足这些方程,函数在z平面上解析。
步骤 4:计算导函数
如果函数在z平面上解析,我们可以通过\(f'(z) = u_x + iv_x\)计算导函数。