复变函数：3.7 解析函数与调和函数的关系
调和函数、解析函数与调和函数的关系
2
y 2
=
0，
则称 (x, y) 为区域������内的调和函数.
定理1：区域������内的解析函数的实部与虚部，都是������内的调和函数.
证明：设 w = f (z) = u(x, y) + iv(x, y) 是区域������内的解析函数，
那么在区域������内满足柯西-黎曼方程：u = v , u = − v x y y x
由 f (0) = i ，得 C = 1，从而 f (z) = x3 − 3xy2 + i(3x2 y − y3 +1).
另外，还可以通过不定积分的方法，由已知调和函数直接求 得解析函数. 解析函数 f (z) = u(x, y) + iv(x, y) 的导数仍为解析函数，
f ' (z) = ux + ivx = ux − iuy = vy + ivx
=
6x；u y
=
−6xy，2u y2
=
−6x
从而
2u x2
+
2u y 2
= 0，所以：u(x, y) =
x3
− 3xy2 是调和函数.
( ) 由 v = u = 3x2 − 3y2 ，得 v(x, y) = 3x2 − 3y2 dy = 3x2 y − y3 + c(x) y x
定义2：设 u(x, y) 为区域������内的调和函数，称满足柯西-黎曼方程
u = v , u = − v x y y x
的调和函数 v(x, y) 为 u(x, y) 的共轭调和函数.
说明：（1）区域������内的解析函数的实部与虚部为共轭调和函数；
（2）如果已知一个调和函数u(x, y)，则可利用柯西-黎曼方 程求得它的共轭调和函数 v(x, y)，从而构成一个解析函数
复变函数-第六讲
2 2
x2 y2 0
即（ 0)
则称(x, y)为D内的调和函. 数
定理 若f(z)u(x,y)iv(x,y)在区D域 内解析 uu(x,y)，vv(x,y)是D内的调和函数
证明：设f (z)=u(x,y)+i v(x,y)在区域D内解析，则 由 CR 方 程 uv uv
x y y x 从而 x 2u 2有 y2 vx y 2u 2 x2 vy
研究级(3)数 并不失一般性。
2. 收敛定理
同实变函数一样，复变幂级数也有所谓的收敛定理：
定理1 (阿贝尔(Able)定理）
⑴ 若 级c数 nzn在zz0(0)收 敛 ,则 对 满 足 n0
z z0的z,级 数 必 绝.对 收 敛
⑵ 若z级 z0发 数 ,则 散 在对z 满 z0的 足 z, 级 数 . 必 发 散
(2)
8in
8n收
敛 ， (8i)n绝
对
收
n0 n! n0n!
n0 n!
(3 ) n 1( n 1 )n 收n 1 敛 2 1 n 收 ， 敛 n 1(( n 1 )， n2 in)收 . 敛
又
(1)n
条
件 收
敛 原 ，级 数 非
绝.
对
n1 n
例3
讨论
zn的 敛 散 性 。
若级数(1)在D内处处收敛，其和为z的函数 s (z ) f1 (z ) f2 (z ) fn (z ) ＋ ---级数(1)的和函数
特殊情况，在级数(1)中 fn(z)cn(zz0)n得
cn(zz0)n (2)
n0
当z00 cnzn (3) n0
称为幂级数
在(2)中令 zz0 (2) cnk k0
复变函数积分方法总结()
4.4.1如果f(z)在扩充复平面上只有有限个孤立奇点（包括无穷远处在内）设为z1，z2，…，zn 则f(z)在各奇点的留数总和为零,即
+Res[f(z), ]=0;
4.4.2Res[f(z), ]=-Res[f( ) ,0]
例题：求下列Res[f(z), ]的值
复变函数积分方法总结
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复变函数积分方法总结
数学本就灵活多变，各类函数的排列组合会衍生多式多样的函数新形势，同时也具有本来原函数的性质，也会有多类型的可积函数类型，也就会有相应的积分函数求解方法。就复变函数：
z=x+iy i²=-1，x,y分别称为z的实部和虚部，记作x=Re(z),y=Im(z)。arg z=θ₁θ₁称为主值-π＜θ₁≤π，Arg=argz+2kπ。利用直角坐标和极坐标的关系式x=rcosθ，y=rsinθ,故z=rcosθ+irsinθ；利用欧拉公式eiθ=cosθ+isinθ。z=reiθ。
∑1= (zk-zk-1)
有可设k=zk，则
∑2= (zk-zk-1)
因为Sn的极限存在，且应与∑1及∑2极限相等。所以
Sn= (∑1+∑2)= =b2-a2
∴ =b2-a2
1.2定义衍生1：参数法：
f(z)=u(x,y)+iv(x,y), z=x+iy带入 得：
= - vdy + i + udy
再设z(t)=x(t)+iy(t) ( ≤t≤ )
= +
=
= + + +
=0+2πi+2πi+0
调和函数和解析函数的关系
调和函数和解析函数的关系1. 引言调和函数和解析函数是数学中两个重要的函数类别，在分析学和复变函数研究中具有广泛的应用。
两者有着密切的联系，本文将对两者的定义、性质、用途和工作方式等进行详细解释。
2. 调和函数的定义调和函数是指定义在欧几里德空间中的函数，满足拉普拉斯方程，即：Δf=∂2f∂x12+∂2f∂x22+⋯+∂2f∂x n2=0其中Δ是拉普拉斯算子，f是调和函数。
对于二维空间中的调和函数，即n=2的情况，拉普拉斯方程可以简化为：Δf=∂2f∂x2+∂2f∂y2=0调和函数的定义可以扩展到更高维空间，由此可见，调和函数的概念是多维的。
3. 解析函数的定义解析函数是指定义在复平面上的函数，满足柯西－黎曼方程，即：∂u ∂x =∂v∂y 和 ∂u∂y=−∂v∂x其中u(x,y)是解析函数的实部，v(x,y)是解析函数的虚部。
柯西－黎曼方程表明解析函数是复可微的，它可以展开成幂级数的形式，具有无穷次可导的性质。
4. 调和函数和解析函数的联系调和函数和解析函数在某些条件下是可以联系起来的。
具体而言，二维空间中的调和函数可以通过某个复数函数的实部或虚部来表示。
设f(z)=u(x,y)+iv(x,y)是一个解析函数，其中z=x+iy，u和v分别是f的实部和虚部。
由柯西－黎曼方程可知，∂u ∂x =∂v∂y 和 ∂u∂y=−∂v∂x可以求出u和v的偏导数。
进一步，可以验证u和v满足拉普拉斯方程：∂2u ∂x2+∂2u∂y2=∂2v∂y2−∂2v∂x2=0∂2v ∂x2+∂2v∂y2=−∂2u∂y2−∂2u∂x2=0因此，u和v分别是调和函数。
这就是调和函数和解析函数的联系。
5. 调和函数和解析函数的性质调和函数和解析函数具有一些重要的性质，这些性质使得它们在数学和物理学中具有广泛的应用。
5.1 调和函数的性质•调和函数的线性组合仍然是调和函数。
即如果f1(x,y),f2(x,y),…,f n(x,y)都是调和函数，那么对于任意实数c1,c2,…,c n，函数g(x,y)=c1f1(x,y)+c2f2(x,y)+⋯+c n f n(x,y)也是调和函数。
解析函数与调和函数的关系
已知实部u，求虚部v(或者已知v，求u)，使 f(z)=u(x,y)+iv(x,y)解析.
例：已知 u x y ,可以求得 v 2 xy C
2 2
f ( z) x y i(2xy C) z C'
2 2 2
(1)
则称 H ( x, y)为区域D 内的调和函数(harmonic function).
2 2 注：运算符号 ,称为拉普拉斯算子. 2 2 x y
2 2 H H 方程 0 ,记作 H 0 称为拉普拉斯方程. 2 2 x y
2.解析函数与调和函数的关系
定理2.2 若函数 f(z)=u(x,y)+iv(x,y) 是区域D
内的解析函数,则 u(x,y)和v(x,y) 均为区域D 内的
调和函数. 思考 如果 u, v 是任意选取的在区域D 内的两个
调和函数,那么 f(z)=u(x,y)+iv(x,y) 在D 内一定解
析吗？
定义2.5 在区域D 内,满足C-R方程
满足C-R方程
v 为u 在区域D内的共轭调和函数
解析函数与调和函数的关系 解析函数
f(z)=u(x,y)+iv(x,y) f(z)=u(x,y)+iv(x,y)
调和函数
u(x,y),v(x,y) 为调和函数 v为u的共轭调和函数
注：研究复变量的问题转化为研究实变量的问题.
验证：解析函数的实、虚部的任意阶偏导数 也是调和函数. 应用 构造解析函数
§2.2
解析函数与调和函数的关系
引言
解析函数 f(z)=u(x,y)+iv(x,y) u,v满足C-R方程 解析函数具有无穷可微性 u,v为调和函数
调和函数和解析函数的关系
调和函数和解析函数的关系调和函数和解析函数在数学中都是非常重要的概念，它们之间的关系也是我们需要深入了解的。
调和函数是指满足拉普拉斯方程的函数，而解析函数则是指在某个区域内可以展开成幂级数的函数。
在实际应用中，我们常常需要研究调和函数和解析函数之间的联系，以便更好地理解它们的性质和特点。
我们可以从数学定义上来看调和函数和解析函数的关系。
调和函数满足拉普拉斯方程，而解析函数则有复变函数的性质。
在某些情况下，调和函数可以通过某些方法转化为解析函数，比如通过傅里叶变换或者柯西积分公式等。
这种转化的过程可以帮助我们更好地理解两者之间的联系，并且在实际问题中起到重要作用。
我们可以从几何意义上来理解调和函数和解析函数的关系。
调和函数在物理学中有很多应用，比如电场、热场等问题都可以通过调和函数来描述。
而解析函数则在复平面上有很好的几何性质，比如保角映射等。
通过研究调和函数和解析函数之间的关系，我们可以更好地理解数学和物理之间的联系，以及复平面上的几何性质。
调和函数和解析函数在实际问题中也有很多应用。
比如在工程领域中，我们常常需要研究电场、热场等问题，这些都可以通过调和函数来描述。
而在信号处理领域中，解析函数则有很多应用，比如在频域分析中可以通过解析函数来描述信号的频谱特性。
通过研究调和函数和解析函数之间的关系，我们可以更好地解决实际问题，提高工程和技术的应用水平。
总的来说，调和函数和解析函数之间的关系是非常密切的，它们在数学、物理和工程等领域都有重要的应用。
通过深入研究两者之间的联系，我们可以更好地理解它们的性质和特点，从而更好地解决实际问题。
希望通过本文的介绍，读者能够对调和函数和解析函数有更深入的了解，并且在实际问题中能够灵活运用这些概念，提高问题的解决效率和准确性。
(完整版)复变函数积分方法总结
复变函数积分方法总结[键入文档副标题]acer[选取日期]复变函数积分方法总结数学本就灵活多变，各类函数的排列组合会衍生多式多样的函数新形势，同时也具有本来原函数的性质，也会有多类型的可积函数类型，也就会有相应的积分函数求解方法。
就复变函数： z=x+iy i²=-1 ，x,y 分别称为z 的实部和虚部，记作x=Re(z),y=Im(z)。
arg z =θ₁ θ₁称为主值 -π＜θ₁≤π ，Arg=argz+2k π 。
利用直角坐标和极坐标的关系式x=rcos θ ，y=rsin θ,故z= rcos θ+i rsin θ；利用欧拉公式e i θ=cos θ+isin θ。
z=re i θ。
1.定义法求积分：定义：设函数w=f(z)定义在区域D 内，C 为区域D 内起点为A 终点为B 的一条光滑的有向曲线，把曲线C 任意分成n 个弧段，设分点为A=z 0 ，z 1，…，z k-1，z k ，…，z n =B ，在每个弧段z k-1 z k (k=1,2…n)上任取一点ξk 并作和式S n =∑f(ξk )n k−1(z k -z k-1)= ∑f(ξk )n k−1∆z k 记∆z k = z k - z k-1，弧段z k-1 z k 的长度 δ=max 1≤k≤n {∆S k }(k=1,2…,n),当 δ→0时，不论对c 的分发即ξk 的取法如何，S n 有唯一的极限，则称该极限值为函数f(z)沿曲线C 的积分为：∫f(z)dz c=lim δ 0∑f(ξk )nk−1∆z k设C 负方向(即B 到A 的积分记作) ∫f(z)dz c−.当C 为闭曲线时，f(z)的积分记作∮f(z)dz c(C 圆周正方向为逆时针方向) 例题：计算积分1)∫dz c 2) ∫2zdz c ,其中C 表示a 到b 的任一曲线。
（1） 解：当C 为闭合曲线时，∫dz c=0.∵f(z)=1 S n =∑f(ξk)n k−1(z k -z k-1)=b-a ∴lim n 0Sn =b-a,即1)∫dz c=b-a. (2)当C 为闭曲线时，∫dz c =0. f(z)=2z;沿C 连续，则积分∫zdz c 存在，设ξk =z k-1,则∑1= ∑Z n k−1（k −1）(z k -z k-1) 有可设ξk =z k ，则∑2= ∑Z n k−1（k −1）(z k -z k-1)因为S n 的极限存在，且应与∑1及∑2极限相等。
复变函数(3.5.7)--解析函数与调和函数的关系
知
?ﾢ f
(z)
=
1 2πi
C (z
(R2 - zz ) - z)(R2 - z
z)
f (z )dz
令 z = reij ,z = Rei , 则 dz = Rieiq dq
而 zz = r 2 , (z - z)(R2 - z z ) = (z - z)(R2 - Rreiq e-iq )
Reiq (Reiq - reij )(Re-iq - re-ij ) = Reiq [Reiq - Rr(eiq e-iq + e-iq eij )] = Reiq [R2 + r2 - 2Rr(cosq cosj + sinq sin j)] = Reiq (R2 - 2Rr cos(q - j) + r2 )
| z - z0 |= r ，它的内部全含于 D ，试证：
ﾢ (1)
u(x0 , y0 ) =
1 2p
2p 0
u(
x0
+
r
cos
j,
y0
+
r
sin
j
)dj
即
调
和
函
数
在
任
一
点
( x0
,
y0
)
的
值，等于它在圆周 C 上的平均值.
�� (2)
u(x0 ,
y0 )
=
1 p r02
r0 0
2p 0
u ( x0
vx = 3y2 - 3x2 + 6xy; vy = 3x2 + 6xy - 3y2 可用以下三种方程求 v .
1.（凑全微分法）
dv = (3y2 - 3x2 + 6xy)dx + (3x2 + 6xy - 3y2 )dy = 3y2dx + 3xdy2 + 3x2dy + 3ydx2 - d(x3 + y3) = 2(3xy2 + 3x2 y - x3 - y3 )
解析函数与调和函数
2v 2v 0 x2 y 2
故 u是全平面上的调和函数，v除原点外在全平面上 调和。但 u v,不满足C-R条件，所以 f z 不是
解析函数。x y
复变函数与积分变换
Complex Analysis and Integral Transform
u 例3 证明：若 为调和函数且不等于常数，
则 u 2 不是调和函数。
例4求形如 ax3 bx2 y cxy2 dy3的最一般的调和函数。
并求其共轭调和函数及其对应的解析函数。
解：因为 u ax3 bx2 y cxy2 dy3,所以
2u 6ax 2by, 2u 6dy 2cx.
x 2
y 2
令
2u 2u (6a 2c)x (6d 2b) y 0
u yy vxy
uxx u yy 0 . 同样可得 vxx vyy 0 .
复变函数与积分变换
Complex Analysis and Integral Transform
注：逆定理显然不成立，即
对区域D内的任意两个调和函数 u，v，
f (z) u iv及（ f z） v iu
不一定是解析函数 .
例如： f z z2 x2 y2 i2xy是解析函数，
故u，v是调和函数，但
f z v iu 2xy i x2 y2
不再是解析函数
复变函数与积分变换
Complex Analysis and Integral Transform
定义2 若u与v是区域D内的调和函数且满足C R方程 ux =v y，uy =-v x，则称v为u的共轭调和函数。
( f 0 0 c 0)
复变函数与积分变换
例2
Complex Analysis
调和函数与解析函数
u v u v , x y y x
的两个调和函数 u, v 中，v 称为 u 在区域 D 内的 共轭调和函数.
14
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由解析函数高阶导数定理知，u 和 v 具有任 意阶连续偏导，故 v yx vxy ,
从而 同理
uxx u yy 0. vxx vyy 0.
因此 u 和 v 调和.
？
已知u， 能否找到 v， 使得 u iv 解析？
u+iv = f(z)
调和
解析 为 u 的共轭调和函数
•共轭调和函数 区域 D 内满足 C.-R.方程
§7 解析函数与调和函数的关系
问题1，解析函数的性质非常好，什么样的函数能构 成解析函数的实部和虚部
问题2. 解析函数的实部和虚部的二阶导数是什么关 系
问题3. 如何根据实部（虚部）求其满足的解析函数
1
•调和函数 若二元实函数 H(x, y) 在区域 D 内具 有二阶连续偏导，且满足 Laplace 方程
6
u(x, y)=y3-3x2y
解：）由 1 ux 6xy，u xx 6 y， u y 3 y 2 3x 2，u yy 6 y，
可得
(偏积分法)
u xx u yy 0.
利用C.-R.方程
从而u 调和. 2 ）由 v y u x 6 xy 可得
2
利用C.-R.方程 的另一等式
u v u v , x y y x
的两个实值函数 u, v 中，v 称为 u 在区域 D 内的 共轭调和函数.
注 区域 D 内的解析函数的虚部为实部的共轭调 和函数.
5
例1 验证 u(x, y)=y3-3x2y 是调和函数，并求以 u(x, y) 为实部的解析函数 f(z). 例2 已知一调和函数 v e x sin y, 求一解析函数 f(z)=u iv, 使 f(0)=1. 例3 已知一调和函数 v e x ( y cos y x sin y ) x y, 求一解析函数 f(z)= u iv, 使 f(0)=0.
【学习课件】第六讲_解析函数与调和函数的关系
在 D内满 C足 R方程 :uxvy,uy vx的两个 调和u 函 ,v,v数 必u 为 的共轭调 . 和函 现在研究反过来的问题：若u,v是任意选取的
区域 D内的两个调,和 则u函 i数 v在D内就不 一定解. 析
ppt课件
6
如 vxy不是 uxy的共轭调.和
（ f(z)uiv(xy)i(xy)在 z平 面 上 处 处 不 ux解 1vy析 uy1vx)
要想 u使 iv在 D内解 ,u及 析 v还必须 C满 R 足 方程v， 必即 须 u的 是共轭调 .由和 此函 ，数
已知一个解析函数 部u的 (x,实 y),利用CR方 (虚 部 v(x, y))
程可求得它的v(虚 x, y部),从而构成解析函数
uiv.
(实 部 u(x, y))
ppt课件
7
设D一 单 连 通,u(区 x, y域 )是 区D域 内 的 调 和
11
例1 由下列条件求解f析 (z)函 u数 iv
u x2 xy y2
f (i) 1i
解vu2xy vu2yx
y x
x y
dvvdxvdy(2yx)dx(2xy)dy x y
( x, y)
v(x, y) (2y x)dx(2x y)dyc (0,0)
x
y
o xdx0 (2x y)dyc
x2
u0,
v0
其
中
2 x2
2 y2
uu(x,y)，vv(x,y)是D内的调和函
定义 设u(x,y)为D内的调和 ,称函 使u数 得 iv 在D内构成解析函 函数 数 v(x,的 y)为 调 u(x,和 y) 的共轭调. 和函数
ppt课件
5
上面定理说明：
解析函数与调和函数的关系
第六讲解析函数与调和函数的关系§3.7 解析函数与调和函数的关系内容简介在§3.6我们证明了在D内的解析函数,其导数仍为解析函数,所以解析函数有任意阶导数。
本节利用这一重要结论研究解析函数与调和函数之间的关系。
.),()00:),(2222内的调和函数为则称即（方程续偏导数且满足内具有二阶连在若二元实变函数D y x y x Laplace D y x ϕϕϕϕϕ=∆=∂∂+∂∂定义 内的调和函数。
是，内解析在区域若D y x v v y x u u D y x iv y x u z f ),(),(),(),()( ==⇒+=定理证明：设f (z )=u (x ,y )+i v (x ,y )在区域D 内解析，则x v y u y v xu R C ∂∂-=∂∂∂∂=∂∂- 方程由yx v y u x y v x u ∂∂∂-=∂∂∂∂∂=∂∂222222从而有xy v y x v y x v y x u ∂∂∂=∂∂∂∴⇒22.),(),,(具有任意阶的连续导数理由解析函数高阶导数定,0 D 2222=∂∂+∂∂y u x u 内有故在0 2222=∂∂+∂∂y v x v 同理有0,0=∆=∆v u 2222y x ∂∂+∂∂≡∆其中即u 及v 在D 内满足拉普拉斯(Laplace )方程: 内的调和函数。
是，D y x v v y x u u ),(),(==∴.),(),(D ,),(的共轭调和函数为函数内构成解析函数的调和在称使得内的调和函数为设y x u y x v iv u D y x u +定义上面定理说明：.部的共轭调和函数内解析函数的虚部是实D .),(),(),(),()(,的共轭调和函数必为内在内解析在即y x u u y x v D D y x iv y x u z f =⇒+=由解析的概念得：.,,,:的共轭调和函数必为调和函数的两个方程内满足在u v v u v u v u R C D x y y x -==-.,, 一定解析内就不在则内的两个调和函数区域是任意选取的在若D iv u D v u +现在研究反过来的问题：.的共轭调和函数不是y x u y x v +=+=如 )11)()()(x y y x v u v u z y x i y x iv u z f -≠===+++=+=处处不解析平面上在（ 由此，的共轭调和函数必须是方程，即还必须满足及内解析在要想使.,u v R C v u D iv u -+.),,(),,(iv u y x v R C y x u +-从而构成解析函数程可求得它的虚部方利用部已知一个解析函数的实)),((y x v 虚部)),((y x u 实部0,),(,2222=∂∂+∂∂yu x u D y x u D 则函数内的调和是区域一单连通区域设内有连续一阶偏导数在、即D xu y u ∂∂∂∂-,dy xu dx y u dy y v dx x v x u x y u y ∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂∂∂∂∂=∂∂-∂∂ )()(且),(y x dv v ∃=)(),(),(),(00*+∂∂+∂∂-=⎰c dy x u dx y u y x v y x y x..内解析在方程满足D iv u R C xu y v y u x v +∴-∂∂=∂∂∂∂-=∂∂ .)(),,()(,),(内解析在使得式所确定的则内调和函数在单连通设D iv u z f y x v D y x u +=*定理公式不用强记！可如下推出：dy x v dx y v dy y v dx x v du R C ∂∂-∂∂=∂∂+∂∂=-方程由然后两端积分。
复变函数与积分变换重要知识点归纳
复变函数复习重点(一)复数的概念 1.复数的概念：zx iy =+，,x y 是实数, ()()Re ,Im x z y z ==.21i =-.注：一般两个复数不比较大小，但其模（为实数）有大小. 2.复数的表示1）模：22z x y =+；2）幅角：在0z ≠时，矢量与x 轴正向的夹角，记为()Arg z （多值函数）；主值()arg z 是位于(,]ππ-中的幅角。
3）()argz 与arctanyx之间的关系如下： 当0,x > arg arctan yz x=；当0,arg arctan 0,0,arg arctan yy z x x y y z xππ⎧≥=+⎪⎪<⎨⎪<=-⎪⎩； 4）三角表示：()cos sin z z i θθ=+，其中arg z θ=；注：中间一定是“+”号。
5）指数表示：i zz e θ=，其中arg z θ=。
(二) 复数的运算 1.加减法：若111222,z x iy z x iy =+=+，则()()121212z z x x i y y ±=±+±2.乘除法： 1）若111222,z x iy z x iy =+=+，则()()1212122112z z x x y y i x y x y =-++；()()()()112211112121221222222222222222x iy x iy z x iy x x y y y x y x i z x iy x iy x iy x y x y +-++-===+++-++。
2）若121122,i i z z e z z e θθ==, 则()121212i z z z z e θθ+=；()121122i z z e z z θθ-= 3.乘幂与方根1） 若(cos sin )i z z i z e θθθ=+=，则(cos sin )n nn in z z n i n z e θθθ=+=。
3-7解析函数与调和函数的关系
可微的，故有全微分
v v u u dv ( x, y ) dx dy dx dy x y y x
设 (x0 ,y0)为D内一个定点，(x,y) 为D内任一点， c为任意常数，可得
2 2
定理： 函数 f ( x, y) u ( x, y) i v ( x, y) 在区域 D 内解析，其实部 u( x, y) 和虚部 v ( x, y) 都是 D 内的调和函数.
2. 共轭调和函数定义： 若两实函数 ( x, y) 及 ( x, y ) 均为区域 D 内的调和函数，且满足柯西－黎曼条件，即
的方法即可.
例 已知 u ( x, y ) x 2 y 2 xy,求解析函数 f ( z ) u ( x, y ) i v ( x, y ),并满足 f (0) 0
1.不定积分法
解: 首先验证 u(x,y) 是否为调和函数, 容易得到:
ux 2 x y , u y x 2 y
v v ∴ dv (x, y ) dx dy (2 y x)dx (2 x y)dy x y
( xdx ydy) (2 ydx 2 xdy)
x2 y 2 x2 y 2 d( ) d(2 xy ) d( 2 xy ) 2 2 2 2
uxx 2 , u yy 2 uxx u yy 0
故 u(x,y) 为调和函数, 因此只需找到它的共轭 调和函数 v(x,y) , 即可构建解析函数.由C- R条件得
v y ux 2 x y
1 2 所以：v (2 x y)dy 2 xy y ( x) 2
解析函数与调和函数的关系
第三章
解析函数与调和函数的关系
一、调和函数的定义 二、解析函数与调和函数的关系
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一、调和函数的定义
定义 如果二元实变函数 ( x , y ) 在区域 D内具
有二阶连续偏导数, 并且满足拉普拉斯方程 2 2 2 2 0, x y 那末称 ( x , y ) 为区域 D 内的调和函数.
3 w f ( z ) i ( z c ). 即
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内容小结
1.调和函数的概念
2.解析函数与调和函数的关系以及共轭调和函数
的概念.
1. 任意两个调和函数 u与v所构成的函数 u+iv不一定 是解析函数. 2. v称为u的共轭调和函数, u与v注意的是地位不能 颠倒.
2 u u 因为 6 xy, 6 y , 2 x x 2 u u 2 2 3 y 3x , 6 y, 2 y y
2u 2u 于是 2 0, 故 u( x , y ) 为调和函数. 2 x y
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调和函数在流体力学和电磁场理论等实际 问题中有很重要的应用.
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二、解析函数与调和函数的关系
1. 两者的关系
任何D 内的解析函数,它的实部和虚部都是 D 内
的调和函数. 2. 共轭调和函数的定义
设解析函数u iv的实部u( x, y ) 是一调和函数, 则虚部v( x, y ) 称为 u( x, y ) 的共轭调和函数.
复变函数3-7
其共轭调和函数 数.
v ( x , y ) 和由它们构成的解析函
解 因为
u x u
y
6 xy ,
2
u
2
x
2
2
6 y,
u
2
3 y 3x ,
y
2
6 y,
6
于是
u
2
x
y u x
e ( y cos y x sin y sin y ) 1,
x
e (cos y y sin y x cos y ) 1,
x
由
v y
x
e (cos y y sin y x cos y ) 1 ,
x
得 u
[e
(cos y y sin y x cos y ) 1 ]d x
f ( z ) u iv 为解析函数 , 并求 f ( i ) 1 的 f ( z ).
解 因为
u x
u y
2 x,
2 ky ,
u
2
x
2
2
2,
2k ,
u y
2
根据调和函数的定义可得 k 1 ,
因为 f ( z ) U ( z ) u x iu y 2 x 2 kyi
这个函数可以化为 w f ( z ) i ( z 3 c ).
8
例2 已知 v ( x , y ) e x ( y cos y x sin y ) x y 为调
和函数 , 求一解析函数 f ( z ) u iv , 使 f ( 0 ) 0 .
§3.7 解析函数与调和函数的关系
0,0
( x, y )
u u dx dy C y x
0,0
x 0
2 x 1 dx 2 ydy C
y 0
2 x 1 dx 2 ydy C
x2 2 x y 2 C
f z u iv 2 x 1 y x 2 2 x y 2 C i
例2（P103 30题（3））
已知f(z)=u+iv解析，u=2(x-1)y，f(2)=-i,求f(z). 方法1 不定积分法
u u 2 y, 2 x 1 x y u u f z i 2 y 2 x 1 i x y
2i x iy 2i 2iz 2i
得证！
注：解析函数中u与v不独立即是一对矛盾，已知u 求v， 或已知v求u均可.
例1 已知f(z)=u+iv解析，v=2xy，求f(z).
方法1 线积分法 u u du dx dy x y
u
( x, y )
0,0
( x, y )
u u dx dy C x y
§3.7 解析函数与调和函数的关系 一、分析上解析函数是调和函数
若二元实函数u(x,y) 满足Laplace方程
2u 2u 2 0 2 x y
则称u(x,y) 是调和函数。 定理1 若 w f z u iv 是解析函数，则U和V均为调 和函数.
证明： f z 是解析函数
2 iz 2 zi C f z 2iz 2i dz
f 2 C i
f z iz 2 2 zi i
复变函数的解析性与调和性
复变函数的解析性与调和性复变函数是数学中的一个重要分支，研究复变函数的解析性与调和性可以帮助我们深入了解复数域中函数的特性和性质。
本文将从解析函数和调和函数的概念入手，探讨复变函数的解析性和调和性，并介绍其在实际应用中的重要性。
1. 解析函数的定义与性质解析函数是指在某个区域内处处可微的函数，其导数也是存在的。
具体定义如下：定义：设f(z)=u+iv是定义在复平面某个区域D上的复值函数，如果对于D内任一点z0都有以下两个偏导数存在且满足柯西-黎曼方程，即：∂u/∂x=∂v/∂y，∂u/∂y=-∂v/∂x则称f(z)为D内的一个解析函数。
解析函数具有以下重要性质：a) 对解析函数f(z)，其实部u和虚部v都是调和函数。
b) 解析函数具有无穷阶可导的性质，即导函数的存在性不受阶数限制。
c) 对于解析函数f(z)，其导函数就是它的导数。
2. 调和函数的定义与性质调和函数是指满足拉普拉斯方程（或泊松方程）的实函数。
具体定义如下：定义：设u(x, y)是定义在平面区域D上的实函数，如果u(x, y)是D 上的二阶连续可导函数，且满足拉普拉斯方程，即：∂²u/∂x²+∂²u/∂y²=0则称u(x, y)为D上的一个调和函数。
调和函数具有以下重要性质：a) 调和函数的二阶导数的混合偏导数都等于零。
b) 调和函数在定义区域内具有极值原理，即在拐点处取极值。
c) 调和函数的线性组合仍然是调和函数。
3. 复变函数的解析性与调和性的关系复变函数的解析性与调和性之间存在着密切的联系。
事实上，解析函数的实部和虚部同时也是调和函数。
这是由柯西-黎曼方程保证的。
具体而言，如果f(z)=u+iv是某个区域D内的解析函数，则u和v 分别是D内的调和函数。
同样地，如果u和v是D内的调和函数，并且满足柯西-黎曼方程，则可以得到f(z)=u+iv是D内的解析函数。
这种关系对于解析函数的研究非常重要。
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u
u
dy
uy
v x
( v )dy l( x, y) ( x)
y
x
(2)
2
u
l
(
x)
ux
v y
v
(x)
x x
y
f (z) u iv
10
(二）. 不定积分法
(1)
u
u , u x y
f (z) ux
iuy
z xiy
U (z)
f (z) f (z)dz U(z)dz C
(2)
(c 为任意常数)
17
例2 已知 v( x, y) e x ( y cos y x sin y) x y 为调 和函数, 求一解析函数 f (z) u iv, 使 f (0) 0. 解 v e x ( y cos y x sin y sin y) 1,
从而
2u x 2
2v yx
,
2u y2
2v xy
.
3
根据解析函数高阶导数定理,
u 与 v 具有任意阶的连续偏导数,
2v 2v , yx xy
从而
2u x 2
2u y2
0,
同理
2v x 2
2v y2
0,
因此 u 与 v 都是调和函数. [证毕]
反例：
f
(z)
z
x
iy
u
x
2u x 2
2u y 2
0
故
v( x, y) 2xy x2 y2 c
22
f (z) u( x, y) iv( x, y) ( x2 y2 xy) i(2xy x2 y2 c)
22 ( x2 2ixy y2 ) 1 i( x2 2ixy y2 ) ic
2
13
( x iy)2 1 i( x iy)2 ic 2
u 2 y x y 2u y2 2
2u 2u x2 y2 0
（1）偏积分：
v x
u y
2
y
x
v
v x
dx
(
u )dx y
(2 y
x)dx
(
y)
2 xy
x2 2
(
y)
12
v u 2x y y x
v 2x ( y) 2x y ( y) y ( y) 1 y2 c
y
2
6
1、已知u,求v
u u , u x y
v
u , v
u
y x x y
1
v
v
dy
v y
u x
u dy h( x, y) g( x)
y
x
（1）
2
v
h
v x
u y
g( x)
u
g( x)
f (z) u iv
x x
y
7
1
v
v
dx
v x
u y
( u)dx l( x, y) ( y)
x
y
(2)
2
v
l
(
y)
v y
ux
u
( y)
y y
x
f (z) u iv
8
2、已知v,求u
v
v
v ,
x y
u
v
,
u
v
x y y x
1
u
u
dx
ux
v y
v dx h( x, y) g( y)
x
y
(1)
2
u
h
uy
v x
g( y)
v
g(
y)
y y
x
f (z) u iv
9
1
1 (2 i)z2 ic 2
（2）不定积分
u 2x y, x
u 2 y x y
f (z) ux iuy (2x y) i(2 y x) 2( x iy) i( x iy) (2 i)z
f
(z)
f
(z)dz
(2
i )zdz
1 (2 2
i)z2
c
14
例1 证明 u( x, y) y3 3x2 y 为调和函数, 并求 其共轭调和函数v( x, y) 和由它们构成的解析函 数.
x y
16
3 y2 g( x) 3 y2 3x2, (c 为任意常数)
故 g( x) 3x2dx x3 c, v( x, y) x3 3xy2 c,
得一个解析函数 w y3 3x2 y i( x3 3xy2 c). 这个函数可以化为 w f (z) i(z3 c). 课堂练习 证明 u( x, y) x3 6x2 y 3xy2 2 y3 为 调和函数, 并求其共轭调和函数. 答案 v( x, y) 3x2 y 6xy2 y3 2x3 c.
第七节 解析函数与调和函数 的关系
一、调和函数的定义 二、解析函数与调和函数的关系 三、小结与思考
一、调和函数的定义
定义 如果二元实变函数 ( x, y) 在区域 D内具
有二阶连续偏导数, 并且满足拉普拉斯方程
2 2
x2 y2 0,
那末称 ( x, y) 为区域 D内的调和函数.
调和函数在流体力学和电磁场理论等实际 问题中有很重要的应用.
v
y
2v x 2
2v y2
0
u, v 为调和函数，但 f (z) u iv x iy z 不解析
4
定理2
u( x, y), v( x, y) 在D内调和
C—R方程成立
u v x y v u
x y
——称u为v的共轭调和函数
f (z) u( x, y) iv( x, y)
在D内解析
注： u( x, y), v( x, y) 在D内调和 u,v具有二阶连续偏导数
u,v具有一阶连续偏导数 u,v可微 f (z) u iv （结合：C—R方程成立） 解析
5
注：区域D内的解析函数的虚部为实部的共轭 调和函数.
三、利用该关系求解析函数
(一）. 偏积分法
如果已知一个调和函数 u, 那末就可以 利用柯西－黎曼方程求得它的共轭调和函 数 v, 从而构成一个解析函数u+vi. 这种方 法称为偏积分法.
v
v v ,
x y
f (z) vy
z xiy
ivx V (z)
f (z) f (z)dz v(z)dz C
11
例:设 u( x, y) x2 y2 xy 为调和函数，试求其共轭 调和函数 v(x, y) 及解析函数 f (z) u(x, y) iv(x, y)
u 2x y, x 2u x2 2,
2
二、解析函数与调和函数的关系
1. 两者的关系
定理1
D——区域
f (z) u( x, y) iv( x, y)
在D内解析
u( x, y), v( x, y)
? 为 D 内的调和函数.
证 设 w f (z) u iv 为 D内的一个解析函数,
那末 u v , u v . x y Nhomakorabeay x解 因为 u 6xy, x
2u x 2
6
y,
u 3 y2 3x2 , y
2u y2
6
y,
15
于是
2u x 2
2u y2
0,
故 u( x, y) 为调和函数.
因为 v u 6xy, y x
v 6 xydy 3xy2 g( x),
v 3 y2 g( x), x 又因为 v u 3 y2 3x2,