题目
13、判断函数f(z)=overline(z)cdot z^2何处可导?何处解析?(6分)
13、判断函数$f(z)=\overline{z}\cdot z^{2}$何处可导?何处解析?(6分)
题目解答
答案
为了判断函数 $ f(z) = \overline{z} \cdot z^2 $ 何处可导以及何处解析,我们首先将 $ z $ 表示为其实部和虚部。设 $ z = x + iy $,其中 $ x $ 和 $ y $ 是实数。那么,复共轭 $ \overline{z} $ 是 $ x - iy $,而 $ z^2 = (x + iy)^2 = x^2 - y^2 + 2ixy $。因此,我们可以写成:
\[
f(z) = \overline{z} \cdot z^2 = (x - iy)(x^2 - y^2 + 2ixy)
\]
我们通过展开乘积来简化这个表达式:
\[
f(z) = x(x^2 - y^2) + 2ix^2y - iy(x^2 - y^2) - 2iy^2x = x^3 - xy^2 + 2ix^2y - ix^2y + iy^3 - 2ixy^2 = x^3 - xy^2 + ix^2y + iy^3 - 2ixy^2
\]
合并同类项,我们得到:
\[
f(z) = (x^3 - 3xy^2) + i(x^2y + y^3)
\]
因此,函数 $ f(z) $ 的实部 $ u(x, y) $ 和虚部 $ v(x, y) $ 分别为:
\[
u(x, y) = x^3 - 3xy^2, \quad v(x, y) = x^2y + y^3
\]
为了确定 $ f(z) $ 何处可导,我们需要检查 $ u $ 和 $ v $ 是否满足柯西-黎曼方程。柯西-黎曼方程为:
\[
\frac{\partial u}{\partial x} = \frac{\partial v}{\partial y}, \quad \frac{\partial u}{\partial y} = -\frac{\partial v}{\partial x}
\]
我们计算偏导数:
\[
\frac{\partial u}{\partial x} = 3x^2 - 3y^2, \quad \frac{\partial u}{\partial y} = -6xy
\]
\[
\frac{\partial v}{\partial x} = 2xy, \quad \frac{\partial v}{\partial y} = x^2 + 3y^2
\]
将这些代入柯西-黎曼方程,我们得到:
\[
3x^2 - 3y^2 = x^2 + 3y^2 \quad \text{(1)}
\]
\[
-6xy = -2xy \quad \text{(2)}
\]
从方程 (1),我们有:
\[
3x^2 - 3y^2 = x^2 + 3y^2 \implies 2x^2 = 6y^2 \implies x^2 = 3y^2 \implies x = \pm \sqrt{3}y
\]
从方程 (2),我们有:
\[
-6xy = -2xy \implies -4xy = 0 \implies xy = 0
\]
方程 $ xy = 0 $ 意味着 $ x = 0 $ 或 $ y = 0 $。将 $ x = 0 $ 代入 $ x = \pm \sqrt{3}y $,我们得到 $ 0 = \pm \sqrt{3}y \implies y = 0 $。将 $ y = 0 $ 代入 $ x = \pm \sqrt{3}y $,我们得到 $ x = 0 $。因此,唯一的解是 $ x = 0 $ 和 $ y = 0 $,即 $ z = 0 $。
因此,函数 $ f(z) $ 只在 $ z = 0 $ 处可导。
由于函数在 $ z = 0 $ 的任何邻域内除了 $ z = 0 $ 本身外的任何点都不可导,因此它在任何点都不解析。
答案是:
\[
\boxed{z=0}
\]