题目
函数 f(z) = x^2 + iy^2 ()A. 仅在 x = y 上解析;B. 在整个复平面上解析;C. 在 x = y 上可导,但在复平面上不解析;D. 在除 x = y 的复平面上解析.
函数 $f(z) = x^2 + iy^2$ ()
A. 仅在 $x = y$ 上解析;
B. 在整个复平面上解析;
C. 在 $x = y$ 上可导,但在复平面上不解析;
D. 在除 $x = y$ 的复平面上解析.
题目解答
答案
C. 在 $x = y$ 上可导,但在复平面上不解析;
解析
本题考查复变函数函数的可导性与解析解析性的判断,解题思路是先根据柯西 - 黎曼方程判断函数的可导性,再根据解析性的定义判断函数的解析性。
- 首先,设$z = x + iy$,已知函数$f(z)=x^{2}+iy^{2}$,令$u(x,y)=x^{2}$,$v(x,y)=y^{2}$。
- 然后,分别求$u(x,y)$和$v(x,y)$关于$x$和$y$的偏导数:
- 根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,对$u(x,y)=x^{2}$求偏导数:
- 对$x$求偏导数$\frac{\partial u}{\partial x}$,把$y$看作常数,则$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial(x^{2})}{\partial x}=2x$。
- 根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,对$u(x,y)=x^{2}$求偏导数:
- 对$y$求偏导数$\frac{\partial u}{\partial y}$,把$x$看作常数$\frac{\partial u}{\partial y}(x^{2}) = 0$。
- 对$v(x,y)=y^{2}$求偏导数:
- 对$x$求偏导数$\frac{\partial v}{\partial x}$,把$y$看作常数$\frac{\partial v}{\partial x}=\frac{\partial(y^{2})}{\partial x}=0$。
- 对$求偏导数\(\frac{\partial v}{\partial y}$,把$x$看作常数$\frac{\partial v}{\partial y}=\frac{\partial(y^{2})}{\partial y}=2y$。
- 接着,根据柯西 - 黎曼方程$f(z)$可导的必要条件$\frac_{x}=\frac{\partial v}{\partial y}$且$\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x}$来判断函数的可导性:
- 由$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}$可得$2x = 2y$,即$x = y$。
- 由$\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x}$可得$0 = 0$,此式恒成立。
- 所以,当且仅当$x = y$时,函数$f(z)$满足柯西 - 黎曼方程,即$f(z)$仅在直线$x = y$上可导。
- 最后,根据解析性的定义判断函数的解析性:
- 解析的定义是函数在某点$z_0$及其某一邻域内处处可导,则称$f(z)$在点$z_0$解析。
- 由于$f(z)$仅在直线$x = y$上可导,在直线$上任意一点的邻域内都存在不可导的点,所以\(f(z)$在复平面上不解析。