题目
设f(z)=x^3-y^3+2x^2y^2i,问:f(z)在何处可导?何处解析?并在可导处求出导数值。
设$f(z)=x^{3}-y^{3}+2x^{2}y^{2}i$,问:$f(z)$在何处可导?何处解析?并在可导处求出导数值。
题目解答
答案
将函数 $ f(z) = x^3 - y^3 + 2x^2y^2i $ 分解为实部 $ u(x, y) = x^3 - y^3 $ 和虚部 $ v(x, y) = 2x^2y^2 $。计算偏导数:
\[
u_x = 3x^2, \quad u_y = -3y^2, \quad v_x = 4xy^2, \quad v_y = 4x^2y.
\]
应用柯西-黎曼方程 $ u_x = v_y $ 和 $ u_y = -v_x $:
1. $ 3x^2 = 4x^2y $ 解得 $ x = 0 $ 或 $ y = \frac{3}{4} $,
2. $ -3y^2 = -4xy^2 $ 解得 $ y = 0 $ 或 $ x = \frac{3}{4} $。
交集解为 $ (0, 0) $ 和 $ \left( \frac{3}{4}, \frac{3}{4} \right) $,即 $ z = 0 $ 和 $ z = \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} $。
导数 $ f'(z) = u_x + iv_x $:
- 在 $ z = 0 $ 处,$ f'(0) = 0 $,
- 在 $ z = \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} $ 处,$ f'\left( \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} \right) = \frac{27}{16}(1 + i) $。
由于可导点孤立,函数处处不解析。
**答案:**
可导点:$ z = 0 $,$ z = \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} $;
导数值:$ f'(0) = 0 $,$ f'\left( \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} \right) = \frac{27}{16}(1 + i) $;
解析点:无。
解析
步骤 1:分解函数
将函数 $ f(z) = x^3 - y^3 + 2x^2y^2i $ 分解为实部 $ u(x, y) = x^3 - y^3 $ 和虚部 $ v(x, y) = 2x^2y^2 $。
步骤 2:计算偏导数
计算实部和虚部的偏导数: \[ u_x = 3x^2, \quad u_y = -3y^2, \quad v_x = 4xy^2, \quad v_y = 4x^2y. \]
步骤 3:应用柯西-黎曼方程
应用柯西-黎曼方程 $ u_x = v_y $ 和 $ u_y = -v_x $: 1. $ 3x^2 = 4x^2y $ 解得 $ x = 0 $ 或 $ y = \frac{3}{4} $, 2. $ -3y^2 = -4xy^2 $ 解得 $ y = 0 $ 或 $ x = \frac{3}{4} $。 交集解为 $ (0, 0) $ 和 $ \left( \frac{3}{4}, \frac{3}{4} \right) $,即 $ z = 0 $ 和 $ z = \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} $。
步骤 4:计算导数值
导数 $ f'(z) = u_x + iv_x $: - 在 $ z = 0 $ 处,$ f'(0) = 0 $, - 在 $ z = \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} $ 处,$ f'\left( \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} \right) = \frac{27}{16}(1 + i) $。
步骤 5:判断解析性
由于可导点孤立,函数处处不解析。
将函数 $ f(z) = x^3 - y^3 + 2x^2y^2i $ 分解为实部 $ u(x, y) = x^3 - y^3 $ 和虚部 $ v(x, y) = 2x^2y^2 $。
步骤 2:计算偏导数
计算实部和虚部的偏导数: \[ u_x = 3x^2, \quad u_y = -3y^2, \quad v_x = 4xy^2, \quad v_y = 4x^2y. \]
步骤 3:应用柯西-黎曼方程
应用柯西-黎曼方程 $ u_x = v_y $ 和 $ u_y = -v_x $: 1. $ 3x^2 = 4x^2y $ 解得 $ x = 0 $ 或 $ y = \frac{3}{4} $, 2. $ -3y^2 = -4xy^2 $ 解得 $ y = 0 $ 或 $ x = \frac{3}{4} $。 交集解为 $ (0, 0) $ 和 $ \left( \frac{3}{4}, \frac{3}{4} \right) $,即 $ z = 0 $ 和 $ z = \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} $。
步骤 4:计算导数值
导数 $ f'(z) = u_x + iv_x $: - 在 $ z = 0 $ 处,$ f'(0) = 0 $, - 在 $ z = \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} $ 处,$ f'\left( \frac{3}{4} + i \frac{3}{4} \right) = \frac{27}{16}(1 + i) $。
步骤 5:判断解析性
由于可导点孤立,函数处处不解析。