设 f(z)= x^2 + iy^2,则 f'(1+i)= ( )A. 2B. 2iC. 1+iD. 2+2i
A. 2
B. $2i$
C. $1+i$
D. $2+2i$
题目解答
答案
解析
本题考查复变函数导数的计算。解题思路是先根据复变函数可导的充要条件(柯西 - 黎曼方程)判断函数是否可导,若可导再求出其导数表达式,最后将给定的复数代入导数表达式计算出结果。
步骤一:判断函数 $f(z)$ 是否可导
已知 $f(z)=x^{2}+iy^{2}$,令 $u(x,y)=x^{2}$,$v(x,y)=y^{2}$。
分别求 $u(x,y)$ 和 $v(x,y)$ 关于 $x$ 和 $y$ 的偏导数:
- 对 $u(x,y)$ 求偏导数:
- $\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial (x^{2})}{\partial x}=2x$;
- $\frac{\partial u}{\partial y}=\frac{\partial (x^{2})}{\partial y}=0$。
- 对 $v(x,y)$ 求偏导数:
- $\frac{\partial v}{\partial x}=\frac{\partial (y^{2})}{\partial x}=0$;
- $\frac{\partial v}{\partial y}=\frac{\partial (y^{2})}{\partial y}=2y$。
根据柯西 - 黎曼方程 $\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}$ 且 $\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x}$,可得:
$\begin{cases}2x = 2y\\0=-0\end{cases}$
即 $x = y$ 时,函数 $f(z)$ 可导。
步骤二:求 $f(z)$ 的导数表达式
当函数 $f(z)$ 可导时,其导数公式为 $f^\prime(z)=\frac{\partial u}{\partial x}+i\frac{\partial v}{\partial x}$(也可写成 $f^\prime(z)=\frac{\partial v}{\partial y}-i\frac{\partial u}{\partial y}$)。
将 $\frac{\partial u}{\partial x}=2x$,$\frac{\partial v}{\partial x}=0$ 代入 $f^\prime(z)=\frac{\partial u}{\partial x}+i\frac{\partial v}{\partial x}$,可得 $f^\prime(z)=2x$(因为 $x = y$ 时可导)。
步骤三:计算 $f^\prime(1 + i)$
已知 $z = 1 + i$,则其实部 $x = 1$,虚部 $y = 1$,满足 $x = y$,函数在该点可导。
将 $x = 1$ 代入 $f^\prime(z)=2x$,可得 $f^\prime(1 + i)=2\times1 = 2$。