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单复变函数论 单复变函数论,数学的一个分支,主要研究自变量和因变量均为复数的函数的性质和应用,只含有一个自变量的复变函数称为单复变函数。它是实变函数论的推广,在许多其他数学分支以及力学、工程技术学科中有着广泛的应用。 复数是单复变函数论的基础。复数集C是由所有形如z=x+iy(x,y∈R)的数构成的集合,其中x称为实部,y称为虚部,i是虚数单位,满足i²=-1。复数的几何表示是在复平面上进行的,复平面是一个二维平面,其中实轴对应于复数的实部,虚轴对应于复数的虚部。复数z=x+iy在复平面上对应于点(x,y),也可以表示为从原点出发、终点为(x,y)的向量。复数的运算包括加减、乘除、乘方和开方等,这些运算在复平面上都有直观的几何意义。例如,复数的乘法对应于复平面上的旋转和伸缩变换,复数的除法则是乘法的逆运算。 复变函数是定义在复数集或其子集上的函数,其性质和实变函数有较大不同。复变函数f(z)在点z₀处可导的定义是:存在极限lim(z→z₀)[f(z)-f(z₀)]/(z-z₀),该极限值称为f(z)在z₀处的导数。如果f(z)在其定义域内的每一点都可导,则称f(z)为解析函数。解析函数具有许多重要的性质,如无穷可导性、柯西-黎曼方程、幂级数展开等。其中,柯西-黎曼方程是解析函数必须满足的一组偏微分方程,它保证了解析函数在复平面上具有保角性,即函数图像在局部上保持角度不变。幂级数展开则是解析函数的一个重要特征,它表明解析函数在其定义域内的每一点都可以展开为幂级数。 柯西定理是单复变函数论中的一个基本定理,它揭示了解析函数在复平面上的积分性质。柯西积分公式是单复变函数论中的一个重要公式,它提供了计算解析函数值的一种方法。留数定理是单复变函数论中的一个强大工具,它可以将复平面上的积分问题转化为求解孤立奇点处的留数问题。黎曼映射定理揭示了复平面上的单连通区域与单位圆之间的共形映射关系。 共形映射是单复变函数论中的一个重要概念,它指的是在复平面上局部保持角度的映射。共形映射在几何上意味着保角性和局部相似性,因此它在解决复平面上边界问题中发挥着重要作用。边值问题是数学中的一个重要问题,它通常涉及的是在边界给定的条件下,求解函数在某个区域内的性质。边值问题通常转化为求解解析函数的积分表达式或留数问题。通过共形映射,可以将复杂区域上的问题简化为更易于处理的形态,从而方便求解。
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