复变函数B 常用公式集锦

是常用的一些公式

判别公式

柯西-黎曼方程(C-R 方程)

{ux=vyuy=vx\begin{cases} \frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}\\ \frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x} \end{cases}

用途:f(z)=u(x,y)+iv(x,y)f(z)=u(x,y)+iv(x,y) 在区域 DD 内解析的充要条件:u,vu,v 可微并且在 DD 内处处满足 CRC-R 方程

另:此时 f(z)=ux+ivx=vy+ivx=uxiuy=vyiuy\begin{aligned} f'(z)&=\frac{\partial u}{\partial x}+i\frac{\partial v}{\partial x}\\ &=\frac{\partial v}{\partial y}+i\frac{\partial v}{\partial x}\\ &=\frac{\partial u}{\partial x}-i\frac{\partial u}{\partial y}\\ &=\frac{\partial v}{\partial y}-i\frac{\partial u}{\partial y}\\[-77pt] \end{aligned}

备注:在原点满足 C-R 方程但不可微的例子:f(z)={0,z=0z3z2,z0f(z)=\begin{cases} 0,&z=0\\ \frac{\overline z^3}{|z|^2},&z\not=0 \end{cases}

另:极坐标系下 C-R 方程变为 {ur=1rvθ1ruθ=vr\begin{cases} \frac{\partial u}{\partial r}=\frac{1}{r}\frac{\partial v}{\partial \theta}\\ \frac{1}{r}\frac{\partial u}{\partial \theta}=-\frac{\partial v}{\partial r} \end{cases},证明过程见习题解答 第二章 第9题

初等函数及其变形(复数意义下)

通过复指数定义

三角函数与双曲函数

基于 eix=cosz+isinze^{ix}=\cos z+i\sin zeiz=coszisinze^{-iz}=\cos z-i\sin z 可得
{sinz=12i(eizeiz)cosz=12(eiz+eiz)\begin{cases} \sin z=\frac{1}{2i}(e^{iz}-e^{-iz})\\ \cos z=\frac{1}{2}(e^{iz}+e^{-iz}) \end{cases}

类似有
{shz=12(ezez)chz=12(ez+ez)\begin{cases} \sh z=\frac{1}{2}(e^{z}-e^{-z})\\ \ch z=\frac{1}{2}(e^{z}+e^{-z}) \end{cases}

有关系
{shz=isinizchz=cosiz\begin{cases} \sh z=-i\sin iz\\ \ch z=\cos iz \end{cases}

导数关系与实数情况一样

性质:sinz,cosz\sin z,\cos z 周期为 2π2\pishz,chz\sh z,\ch z 周期为 2πi2\pi i

对数函数

Lnz=lnz+iArgz=lnz+i(argz+2kπ)(k=0,±1,±2,)\begin{aligned} \operatorname{Ln}z&=\ln|z|+i\operatorname{Arg}z\\ &=\ln|z|+i(\arg z+2k\pi)\\ &(k=0,\pm1,\pm2,\cdots) \end{aligned}

一般幂函数

w=zα=eαLnz=eα[lnz+i(argz+2kπ)](k=0,±1,±2,)\begin{aligned} w&=z^\alpha\\ &=e^{\alpha \operatorname{Ln} z}\\ &=e^{\alpha[\ln|z|+i(\arg z+2k\pi)]}\\ &(k=0,\pm1,\pm2,\cdots) \end{aligned}

  1. α\alpha 为正整数时为单值函数
  2. α=mn\alpha=\frac{m}{n}(m,n)=1(m,n)=1 时为 nn 值函数
  3. 其他情况(无理数,复数)为无穷多值函数

反三角函数

解方程可以得到下列公式,可以现推现用
{Arcsinz=iLn(iz+1z2)Arccosz=iLn(iz+z21)Arcsinz=i2Ln1+iz1izArcshz=Ln(z+z2+1)Arcchz=Ln(z+z21)Arcthz=12Ln1+z1z\begin{cases} \operatorname{Arcsin} z=-i\operatorname{Ln}(iz+\sqrt{1-z^2})\\ \operatorname{Arccos} z=-i\operatorname{Ln}(iz+\sqrt{z^2-1})\\ \operatorname{Arcsin} z=-\frac{i}{2}\operatorname{Ln}\frac{1+iz}{1-iz}\\ \operatorname{Arcsh} z=\operatorname{Ln}(z+\sqrt{z^2+1})\\ \operatorname{Arcch} z=\operatorname{Ln}(z+\sqrt{z^2-1})\\ \operatorname{Arcth} z=\frac{1}{2}\operatorname{Ln}\frac{1+z}{1-z} \end{cases}

积分公式

基础公式

复积分计算方法:

Cf(z)dz=C(u+iv)(dx+idy)\int\limits_Cf(z)\operatorname{d}z=\int\limits_C(u+iv)(\operatorname{d}x+i\operatorname{d}y)

柯西积分公式

f(n)(z)=n!2πiCf(ϵ)(ϵz)n+1dϵf^{(n)}(z)=\frac {n!}{2\pi i}\int\limits_C \frac{f(\epsilon)}{(\epsilon-z)^{n+1}}d\epsilon

积分表(仍在收集中)

如果你觉得有比较重要的积分,欢迎联系我们添加(联系方式在这里

  1. I=Cdz(za)n={2πi(n=1)0(n1)I=\int\limits_C\frac{\operatorname{d}z}{(z-a)^n}=\begin{cases} 2\pi i&(n=1)\\ 0&(n\not=1) \end{cases} (可由柯西积分公式推出)