§3.3 高阶导数公式
在闭域上解析。
计算
作圆周位于内,
则
(复闭路定理)
(假设lim与可换)
(由于于内连续)
推测
定理(柯西积分公式)
是以简单闭路或复闭路为边界的有界区域,在上解析,则有
证:因
只要时,有
由于
即
当在内变动时,
当为圆周时,参数方程为
,代入(*)得
若用此公式来求解,则计算量太大。
例 计算
解 在上解析,
例 计算
解
由于在闭圆上解析。
例 计算
解(1)
则解法是错误的。
(2)正确解法
高阶导数公式由
得
(假设求导和积分可换)
继续求导,得
定理 设是由(简单闭路或复闭路)围成的有界区域,上处处解析,
则内有各阶导数,且
证:用数学归纳法
n=1时,由柯西积分公式,
要证
设在上(为有界闭曲线),是到上各点的最短距离,设,为的长度,则
可知n=1时成立。
设n=k时成立,证明n=k+1时也成立,方法同n=1时,较复杂些,不重复写。
推论:
例:求
解:
例:计算
其中为一简单闭路,0,1均在的内部。
解,
故
调和函数
在区域内解析,则
(C,-R,方程)
对各式再分别对求偏导,得
若在内有连续的二阶混合偏导,则
故从上面四个等式,则有
定义 设在内有二阶连续偏导,且满足
(Laplace方程)
则称为内的调和函数。
定义 若,均为区域内的调和函数,且满足C,-R,方程
则称v是u的共轭调和函数。
定理 在区域内解析,则是的共轭调和函数。
问题,为内两个调和函数,则是否为解析函数?
要在区域内解析,满足C-R.方程,必须是的共轭调和函数。
因此
设单连域,是内调和函数,则
(,)
则 是全微分。
令
则
取定,两边对求偏导。
二阶偏导连续 一阶偏导连续 可微,解析。
定理 是单连域内调和函数,则存在,使在内解析。
求法(公式)。
同样 已知,求.
例:验证在平面上调和,求以为实部的解析函数且.
解,
故在平面调和.
由,得,故。
例:验证是在右半平面()内的调和函数,求以此为虚部的.
解
()
故 (),在右半平面内调和。
用不同于上例中的方法求,
两端对求导
=
故
在右半平面内单值解析。
在闭域上解析。
计算
作圆周位于内,
则
(复闭路定理)
(假设lim与可换)
(由于于内连续)
推测
定理(柯西积分公式)
是以简单闭路或复闭路为边界的有界区域,在上解析,则有
证:因
只要时,有
由于
即
当在内变动时,
当为圆周时,参数方程为
,代入(*)得
若用此公式来求解,则计算量太大。
例 计算
解 在上解析,
例 计算
解
由于在闭圆上解析。
例 计算
解(1)
则解法是错误的。
(2)正确解法
高阶导数公式由
得
(假设求导和积分可换)
继续求导,得
定理 设是由(简单闭路或复闭路)围成的有界区域,上处处解析,
则内有各阶导数,且
证:用数学归纳法
n=1时,由柯西积分公式,
要证
设在上(为有界闭曲线),是到上各点的最短距离,设,为的长度,则
可知n=1时成立。
设n=k时成立,证明n=k+1时也成立,方法同n=1时,较复杂些,不重复写。
推论:
例:求
解:
例:计算
其中为一简单闭路,0,1均在的内部。
解,
故
调和函数
在区域内解析,则
(C,-R,方程)
对各式再分别对求偏导,得
若在内有连续的二阶混合偏导,则
故从上面四个等式,则有
定义 设在内有二阶连续偏导,且满足
(Laplace方程)
则称为内的调和函数。
定义 若,均为区域内的调和函数,且满足C,-R,方程
则称v是u的共轭调和函数。
定理 在区域内解析,则是的共轭调和函数。
问题,为内两个调和函数,则是否为解析函数?
要在区域内解析,满足C-R.方程,必须是的共轭调和函数。
因此
设单连域,是内调和函数,则
(,)
则 是全微分。
令
则
取定,两边对求偏导。
二阶偏导连续 一阶偏导连续 可微,解析。
定理 是单连域内调和函数,则存在,使在内解析。
求法(公式)。
同样 已知,求.
例:验证在平面上调和,求以为实部的解析函数且.
解,
故在平面调和.
由,得,故。
例:验证是在右半平面()内的调和函数,求以此为虚部的.
解
()
故 (),在右半平面内调和。
用不同于上例中的方法求,
两端对求导
=
故
在右半平面内单值解析。