ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ ФУНКЦІЙ
КОМПЛЕКСНОЇ ЗМІННОЇ
1.1 Границя, неперервність, похідна функції комплексної змінної.
Означення. Хай є деяка множина D точок комплексної площини Z. Точка z називається внутрішньою точкою множини D. При цьому під кругом з центром в нескінченно віддаленій точці z=∞ розуміють зовнішність довільного кола │z│=R з центром в тчці z=0.
Означення. Областю накомплексній площині називається множина точок D, всі точки якої внутрішні (відкритість області) і дві довільні точки якої з'єднуються ломаною лінією, що належить множині D (зв'язаність області).
Означення.Межовою точкою області D називається така точка, яка належить області D, але в довільному околі якої є точки, що не належить D.
Означення. Межою G області D називають множину межових точок області.
Означення. Замкненою областю називають область D=DUG.
Приклад 1: Круг |z|<1 є область. Межею цієї області є коло |z|=1. Область |z|≤1 буде замкненою.
Означення. Область D називається однозв'язаною, якщо довільну замкнену лінію із області можна стягти в точку, не входячи за межі області. В протлежному випадку область D називається багатозв'язаною.
Означення. Область D називається обмеженою, якщо вона належить деякому колу |z|<R.
Приклад 2: Кільце r<|z|<R обмежена двозв'язана область.
Означення. Кажуть, що на комплексній множині D задана функція ω=f(z), якщо кожній точці із D поставлено у відповідність одна (однозначна функція), або декілька точок ω (багатозначна функція).
Вважаючи z=x+iy, ω=u+iv,
одержемо u+iv=f(x+iy)=u(x,y)+iv(x,y),
звідси u=Ref(z), v=Imf(z)
Означення. Функція f(z) має границю при z → (f(z)), якщо існують границі функцій дійсних змінних
u(x, y) = , limv(x, y)=,
при цьому
f (z) = =.
Означення. Функція f(z) називається неперервною в точці , якщо вона визначена в деякому колі точки , і f(z) = f().
Означення. Функція називається неперервною в області D, якщо вона неперервна в кожній точці області D.
Очевидно, що функція f(z) неперервна тоді і тільки тоді, коли неперервні функціі u і v.
Для фуекціі, неперервних в замкнених областях, виконуються звичайні властивості функцій, неперервних на замкнених інтервалах.
Означення. Похідною фуекціі f(z) будемо називати границю:
(z) = (1)
якщо остання існує. При цьому границя не залежить від шляху, по якому точка z+ прямує до точки z.
ТЕОРЕМА. (Умови Коші - Рімана ). Для того, щоб функція f(z) мала похідну в точці z=z+iy, необхідно і достатньо, щоб
1) функціі u(x, y) i v(x, y), були диференційовані в точці (x, y)
2) в цій точці виконувались рівності
= , . (2)
Доведення. Нехай функція диференційована в точці z. Візмемо . В цьому випадку
. (3) (3)
Якщо прийняти то будемо мати
(4) (4)
Вирази (3) і (4) повинні бути рівними, тому
, .
Доведено, що умови (2) достатні для диференційованості функціі f(z). Прирісти функцій u і v можна зобразити так:
,
(5)
де і при .
Далі
звідси
Теорему доведено.
Функція комплексної змінної зберігає всі відомі правила диференціювання:
1.
2.
3.
4.
5.
де f і - взаємно обернені фуекції.
Приклад 3. розглянемо функцію Для неї
звідси
умови Коші-Рімана виконуються для всіх точок z.
Означення. Функція f(z) однозначна і диференційована в кожній точціобласті D називається аналітичною (регулярно або голоморфною) в ційобласті.
Вправи. Знайти похідні функцій f(z):
1) 2) sin z, 3) cos z, 4) ln z.
1.2 Інтеграл від функції комплексної змінної
Хай в області D на комплексній площині (Z) задна однозначна і неперервна функція і С – довільно кусково – гладка крива, що належить D. Розб'ємо криву С довільним чином на малі частки точками і розглянемо суму
(6)
де і - довільна точка на ділянці (). Сума (6) називається інтегральною сумою функції.
Означення. Границя інтегральних сум (6) обчислених для довільної послідовності розбиття С при умові, що max|| k=1, 2, …, n, називається інтегралом від функції f(z) вздовш кривої С і позначається символом
(7)
В прийнятих припущеннях інтеграл існує і не залежить від вибору розбиття С та від вибору точок Якщо функція f(z) аналітична в однозв'язній області, то інтеграли по всім шляхям, що сполучують точки А і В, збігаються, а інтеграли по довільному замкненому контуру G дорівнюють нулю.
Важливе значення в теорії функцій комлексної змінної відіграє формула Коші, що зв'язує значення аналітичної функції на самому контурі:
(8)
Доведемо цю формулу. Хай С – замкнений контур (рис. 1), який повністю належить однозв'язній області D, z – фіксована внутрішня точка області, що обмежена контуром С.
Підінтегральна функція в інтегралі (8) аналітична в області D, за виключенням точки z. Виключемо цю точку кругом радіуса r з центром в точці z.
В кільці, обмеженом контурами С і К (рис. 1), підінтегральна функція аналітична, тому
.
На контурі К , тому
Для другого інтеграла будемо мати
≤
Так як, f(z) – неперервна, то при
Звідси
або
таким чином доведено правильність формули Коші (8).
Використовуючи формулу Коші, можна отримати вираз для n-ої похідної функції f(z):
(9)
Вправи. 1.
обчислити інтеграл якщо точка 3і лежить в
середині контура С, а точка – 3 – зовні.
2. Обчислити інтеграл
3. обчислити інтеграл якщо контур С містить в середині себе круг
1.3 Ряди Тейлора
В теорії функцій комплексної змінної всі основні поняття теорії рядів з дійсними членами зберігаються.
Так, наприклад, має місце теорема Абеля:
ТЕОРЕМА 1. Якщо степеневий ряд
(10)
де - задані комплексні числа, збігається в крайнім разі у одній точці то існує круг радіуса R з центром у точці такий, що ряд (10) збігається у крузі і розбігається в зовнішності круга
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.