题目
证明 u = x^2 - 2xy - y^2 是调和函数,并求解析函数 f(z) = u + iv 使得 f(1) = 1 + i.
证明 $u = x^2 - 2xy - y^2$ 是调和函数,并求解析函数 $f(z) = u + iv$ 使得 $f(1) = 1 + i$.
题目解答
答案
-
证明 $ u $ 是调和函数
$ u = x^2 - 2xy - y^2 $,计算二阶偏导数:
$\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} = 2, \quad \frac{\partial^2 u}{\partial y^2} = -2$
拉普拉斯方程:
$\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 u}{\partial y^2} = 2 - 2 = 0$
故 $ u $ 是调和函数。 -
求解析函数 $ f(z) = u + iv $
由柯西-黎曼方程:
$\frac{\partial v}{\partial y} = 2x - 2y, \quad \frac{\partial v}{\partial x} = 2x + 2y$
积分得:
$v = 2xy - y^2 + g(x), \quad g'(x) = 2x \Rightarrow g(x) = x^2 + C$
故 $ v = x^2 + 2xy - y^2 + C $。 -
确定常数 $ C $
由 $ f(1) = 1 + i $,得 $ C = 0 $。 -
解析函数
$f(z) = (x^2 - 2xy - y^2) + i(x^2 + 2xy - y^2) = (1 + i)z^2$
答案:
$\boxed{(1 + i)z^2}$(或$\boxed{(x^2 - 2xy - y^2) + i(x^2 + 2xy - y^2)}$)