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菜鸡速通:记柯西-黎曼方程、复导数公式,就两句话的事

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菜鸡速通:记柯西-黎曼方程、复导数公式,就两句话的事

大家好!感谢阅读本鸡的拙作,欢迎关注。

本文专为初学或者复习《复变函数》、《复分析》的选手设计。本鸡很快会推出相应的视频版。

先把两句话放在这里。“求复导数,沿任何方向都相同,重要的是,特别地,沿x轴方向与沿y方向相同”“雅可比矩阵主对角元相同,副对角元相反”。

下面解释,想办法让你理解并且同意这两句话。

假设你有一个自变量,写成代数形式,就是实部+i虚部

自变量的代数形式

现在定义一个复变函数w=f(z),也写成代数形式

复变函数的代数形式

根据导数的定义,完全类似于实变量函数的导数定义,就是

复导数定义

意思就是函数值的变化量除以自变量的变化量的极限。

重点来了:因为复数可以表示为平面的点,所以自变量这个复数,其改变方式有无穷多种。特别地,可以沿水平方向(就是固定y不变,沿着x轴),也可以沿垂直方向(就是固定x,沿y轴),做一个微小的改变。(为避免困难,不用微分、微商这样的词)。现在要想导数存在,就是上面的极限存在,就得不论自变量任何改变方式,得到的结果必须相同。

现在,按照导数定义里面的极限,考虑两个特殊的情况,别忘了,结果必须相同。再回忆一下偏导数的定义,就知道

两种方式

这两个特别的方式得到的都是要求的复导数。并且,两个结果的实部和虚部必须相同,否则极限不可能存在。因此,两个结果的实部和虚部互换的话,一共有四种写法。赶紧写一下吧。这样,你理解了第一句话。写几次,你就熟练了。根本不需要背导数公式,现推肯定赶趟。当然,如果你仔细观察上面的结果,第一个就是函数的实部对自变量实部求导+i*虚部对x求导。也可以记住。

实部和虚部比较,就得到所谓的柯西黎曼方程

函数解析的一个必要条件,就是柯西-黎曼方程。

为了记住柯西黎曼方程,用下面的套路。记忆雅可比矩阵元素的规律。

所谓雅可比矩阵,形如

复变函数的雅可比矩阵

考虑柯西黎曼方程,其实形式上,相当于

这就是第二句话“雅可比矩阵主对角元素相同,副对角元素相反”。只要你能正确写出雅可比矩阵。

本文主要话题到此结束。

多说几句。本科水平的《复变》其实应当叫做《单复变函数》。因为一般教材从不讨论自变量是两个复数的情况,也不讨论函数值是复向量的情况。这些内容属于多复变。另外由于学时的限制,本科复变一般只讲分析,不讲几何,这就丧失了复变的美。

学完初等单复变之后,可以考虑学习复几何。数学硕士可以考虑继续学习复流形,或者多复变。物理和工科的应当根据需要,迅速进入复变的应用,积分变换,以及学习数理方程。

一些本鸡常读的课本

数学系多用钟玉泉的《复变函数论》,我看这本花时间最多

saff的《复分析基础及工程应用》解释更详细,更形象(可以换成J.B.Brown的书)

needham的《复分析-可视化方法》观点独特,作者解释原理的方式,虽然有点墨迹,但是太深刻犀利,简直是奇葩。有时间可以看看,看懂了绝对是享受。据作者自己说,他用的是牛顿的方式。

工科和物理的,应用需要时,可以参考拉夫连季耶夫的《复变函数论方法》,流体,传输线等等都可以找到

数学系的学过测度论初步的,可以看rudin的大作《实分析与复分析》(这种水平的翻译版就很难搞到高质量的了)

最后,龚昇先生的大作《简明复分析》,也很值得看,特别是值得高手看

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