题目
求极限lim_(z to 0) (overline(z))/(z).A. -1B. 0C. 1D. 极限不存在
求极限$\lim_{z \to 0} \frac{\overline{z}}{z}$.
A. -1
B. 0
C. 1
D. 极限不存在
题目解答
答案
D. 极限不存在
解析
本题考查复变函数极限的知识。解题的关键思路是通过不同路径趋近于$z = 0$来判断极限是否存在。若沿不同路径趋近于某一点时,函数的极限值不同,则该函数在该点的极限不存在。
设$z=x + iy$,则$\overline{z}=x - iy$,那么$\frac{\overline{z}}{z}=\frac{x - iy}{x + iy}$。为了便于分析,我们将其分子分母同时乘以$x - iy$进行化简:
$\begin{align*}\frac{\overline{z}}{z}&=\frac{(x - iy)(x - iy)}{(x + iy)(x - iy)}\\&=\frac{x^2 - 2ixy - y^2}{x^2 + y^2}\\&=\frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2}-i\frac{2xy}{x^2 + y^2}\end{align*}$
接下来,我们通过不同路径趋近于$z = 0$(即$x\to0$且$y\to0$)来判断极限:
- 路径一:沿$x$轴趋近于$0$,此时$y = 0$
将$y = 0$代入$\frac{\overline{z}}{z}=\frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2}-i\frac{2xy}{x^2 + y^2}$可得:
$\lim_{x \to 0} \frac{\overline{z}}{z}=\lim_{x \to 0} \frac{x^2 - 0^2}{x^2 + 0^2}-i\frac{2x\cdot0}{x^2 + 0^2}=\lim_{x \to 0} \frac{x^2}{x^2}=1$ - 路径二:沿$y$轴趋近于$0$,此时$x = 0$
将$x = 0$代入$\frac{\overline{z}}{z}=\frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2}-i\frac{2xy}{x^2 + y^2}$可得:
$\lim_{y \to 0} \frac{\overline{z}}{z}=\lim_{y \to 0} \frac{0^2 - y^2}{0^2 + y^2}-i\frac{2\cdot0\cdot y}{0^2 + y^2}=\lim_{y \to 0} \frac{-y^2}{y^2}=-1$
由于沿$x$轴和$y$轴趋近于$z = 0$时,函数$\frac{\overline{z}}{z}$的极限值不同,分别为$1$和$-1$,所以$\lim_{z \to 0} \frac{\overline{z}}{z}$极限不存在。