题目
16. 若函数f(z)=x^2+2xy-y^2+i(y^2+axy-x^2)在复平面内处处解析,那么实常数a=()A. 0B. 1C. 2D. -2
16. 若函数$f(z)=x^{2}+2xy-y^{2}+i(y^{2}+axy-x^{2})$在复平面内处处解析,那么实常数a=()
A. 0
B. 1
C. 2
D. -2
题目解答
答案
C. 2
解析
本题考查复变函数解析的充要条件,即柯西 - 黎曼方程。解题思路是先确定函数$f(z)$的实部$u(x,y)$和虚部$v(x,y)$,然后分别求出$u(x,y)$和$v(x,y)$关于$x$和$y$的偏导数,最后根据柯西 - 黎曼方程建立等式求解实常数$a$。
已知函数$f(z)=x^{2}+2xy - y^{2}+i(y^{2}+axy - x^{2})$,设$u(x,y)=x^{2}+2xy - y^{2}$,$v(x,y)=y^{2}+axy - x^{2}$。
- 求$u(x,y)$关于$x$和$y$的偏导数:
- 对$u(x,y)$关于$x$求偏导数,将$y$看作常数,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$可得:
$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial}{\partial x}(x^{2}+2xy - y^{2}) = 2x + 2y$ - 对$u(x,y)$关于$y$求偏导数,将$x$看作常数,可得:
$\frac{\partial u}{\partial y}=\frac{\partial}{\partial y}(x^{2}+2xy - y^{2}) = 2x - 2y$
- 对$u(x,y)$关于$x$求偏导数,将$y$看作常数,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$可得:
- 求$v(x,y)$关于$x$和$y$的偏导数:
- 对$v(x,y)$关于$x$求偏导数,将$y$看作常数,可得:
$\frac{\partial v}{\partial x}=\frac{\partial}{\partial x}(y^{2}+axy - x^{2}) = ay - 2x$ - 对$v(x,y)$关于$y$求偏导数,将$x$看作常数,可得:
$\frac{\partial v}{\partial y}=\frac{\partial}{\partial y}(y^{2}+axy - x^{2}) = 2y + ax$
- 对$v(x,y)$关于$x$求偏导数,将$y$看作常数,可得:
- 根据柯西 - 黎曼方程建立等式:
柯西 - 黎曼方程为$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}$且$\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x}$。- 由$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}$可得:
$2x + 2y = 2y + ax$
移项可得$(2 - a)x = 0$,因为该等式对于任意$x$都成立,所以$2 - a = 0$,即$a = 2$。 - 由$\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x}$可得:
$2x - 2y = -(ay - 2x)$
去括号得$2x - 2y = -ay + 2x$,移项可得$(a - 2)y = 0$,因为该等式对于任意$y$都成立,所以$a - 2 = 0$,即$a = 2$。
- 由$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}$可得:
综上,实常数$a = 2$。