下列关系式错误的是( )A. ln(z_1z_2) = ln z_1 + ln z_2B. mathrm(Ln)(z_1z_2) = mathrm(Ln) z_1 + mathrm(Ln) z_2C. e^mathrm(Ln z) = zD. e^ln z = z
A. $\ln(z_1z_2) = \ln z_1 + \ln z_2$
B. $\mathrm{Ln}(z_1z_2) = \mathrm{Ln} z_1 + \mathrm{Ln} z_2$
C. $e^{\mathrm{Ln} z} = z$
D. $e^{\ln z} = z$
题目解答
答案
解析
本题主要考察复变函数中对数函数与指数函数的基本性质,需区分多值对数函数$\mathrm{Ln}\,z$与单值分支$\ln\,z$的差异,具体分析如下:
1. 选项A:$\ln(z_1z_2) = \ln z_1 + \ln z_2$
$\ln\,z$是$\mathrm{Ln}\,z$的一个单值分支(通常取主值分支),单值对数函数满足加法性质:对任意两个复数$z_1,z_2$(在分支定义域内),$\ln(z_1z_2)=\ln z_1+\ln z_2$成立。选项A正确。
2. 选项B:$\mathrm{Ln}(z_1z_2) = \mathrm{Ln} z_1 + \mathrm{Ln} z_2$
$\mathrm{Ln}\,z$是多值函数,定义为$\mathrm{Ln}\,z=\ln|z|+i\arg z$,其中$\arg z$是$z$的辐角(多值,相差$2k\pi$,$k\in\mathbb{Z}$)。
对等式右边:$\mathrm{Ln}z_1+\mathrm{Ln}z_2=\left(\ln|z_1|+i\arg z_1\right)+\left(\ln|z_2|+i\arg z_2\right)=\ln|z_1z_2|+i(\arg z_1+\arg z_2)$,其辐角部分为$\arg z_1+\arg z_2$,相差$2k\pi$($k\in\mathbb{Z}$)。
对等式左边:$\mathrm{Ln}(z_1z_2)=\ln|z_1z_2|+i\arg(z_1z_2)$,而$\arg(z_1z_2)=\arg z_1+\arg z_2+2k'\pi$($k'\in\mathbb{Z}$),但可能相差$2\pi$的整数倍,导致等式不一定对所有分支成立(例如取$z_1=z_2=-1$,$\mathrm{Ln}(-1)=i\pi+2ki\pi$,$\mathrm{Ln}((-1)(-1))=\mathrm{Ln}(1)=2li\pi$,显然$i\pi+2ki\pi+i\pi+2mi\pi=2(i+k+m)\pi\neq2li\pi$对某些$k,m,l$)。选项B错误。
3. 选项C:$e^{\mathrm{Ln} z} = z$
由$\mathrm{Ln}\,z$定义:$e^{\mathrm{Ln}z}=e^{\ln|z|+i\arg z}=|z|e^{i\arg z}=z$(复数的指数形式),对多值$\mathrm{Ln}\,z$仍成立(因$e^{i(\arg z+2k\pi)}=e^{i\arg z}$)。选项C正确。
4. 选项D:$e^{\ln z} = z$
$\ln z$是$\mathrm{Ln}\,z$的单值分支,$e^{\ln z}=e^{\ln|z|+i\theta}=|z|e^{i\theta}=z$($\theta$为固定辐角),显然成立。选项D正确。