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数学
题目

下列命题中,正确的是()A. 设x,y为实数,则|cos(x+iy)|leq1B. 若z₀是函数f(z)的奇点,则f(z)在点z₀不可导C. 若u,v在区域D内一阶偏导数存在且满足柯西-黎曼方程,则f(z)=u+iv在D内可导D. 若f(z)在区域D内解析,则f(z²)在D内也解析

下列命题中,正确的是()

A. 设x,y为实数,则$|cos(x+iy)|\leq1$

B. 若z₀是函数f(z)的奇点,则f(z)在点z₀不可导

C. 若u,v在区域D内一阶偏导数存在且满足柯西-黎曼方程,则f(z)=u+iv在D内可导

D. 若f(z)在区域D内解析,则f(z²)在D内也解析

题目解答

答案

D. 若f(z)在区域D内解析,则f(z²)在D内也解析

解析

本题主要考查复变函数的相关性质,包括复数的三角函数性质、奇点与可导性的关系、柯西 - 黎曼方程以及复合函数的解析性。下面对每个选项逐一进行分析:

  • 选项A:
    • 首先,根据三角函数的和角公式$\cos(A + B)=\cos A\cos B-\sin A\sin B$,对于$\cos(x + iy)$,有$\cos(x + iy)=\cos x\cos(iy)-\sin x\sin(iy)$。
    • 由双曲函数的定义$\cos(iy)=\cosh y=\frac{e^{y}+e^{-y}}{2}$,$\sin(iy)=i\sinh y = i\frac{e^{y}-e^{-y}}{2}$,则$\cos(x + iy)=\cos x\cosh y - i\sin x\sinh y$。
    • 然后求$\vert\cos(x + iy)\vert$,根据复数的模的计算公式$\vert a+bi\vert=\sqrt{a^{2}+b^{2}}$,可得$\vert\cos(x + iy)\vert=\sqrt{\cos^{2}x\cosh^{2}y+\sin^{2}x\sinh^{2}y}$。
    • 因为$\cosh^{2}y = 1+\sinh^{2}y$,所以$\vert\cos(x + iy)\vert=\sqrt{\cos^{2}x(1 + \sinh^{2}y)+\sin^{2}x\sinh^{2}y}=\sqrt{\cos^{2}x+\sinh^{2}y(\cos^{2}x+\sin^{2}x)}$。
    • 又因为$\cos^{2}x+\sin^{2}x = 1$,所以$\vert\cos(x + iy)\vert=\sqrt{\cos^{2}x+\sinh^{2}y}$。
    • 当$y\neq0$时,$\sinh y\neq0$,$\vert\cos(x + iy)\vert=\sqrt{\cos^{2}x+\sinh^{2}y}\gt1$,所以选项A错误。
  • 选项B:
    • 奇点分为可去奇点、极点和本性奇点。对于可去奇点,函数在该点的极限存在,通过补充定义可以使函数在该点连续且可导。
    • 例如$f(z)=\frac{\sin z}{z}$,$z = 0$是它的可去奇点,$\lim\limits_{z\rightarrow0}\frac{\sin z}{z}=1$,补充定义$f(0)=1$后,$f(z)$在$z = 0$处可导,所以选项B错误。
  • 选项C:
    • 若$u$,$v$在区域$D$内一阶偏导数存在且满足柯西 - 黎曼方程$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}$,$\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x}$,还需要$u$,$v$的一阶偏导数在$D$内连续,才能保证$f(z)=u + iv$在$D$内可导,所以选项C错误。
  • 选项D:
    • 已知$f(z)$在区域$D$内解析,设$w = z^{2}$,$z\in D$。
    • 对于函数$w = z^{2}$,它在整个复平面上是解析的,其导数$w^\prime=(z^{2})^\prime = 2z$。
    • 根据复合函数的求导法则,若$f(w)$在$w$的取值范围解析,$w = z^{2}$在$z$的取值范围解析,则复合函数$F(z)=f(z^{2})$在$z$的取值范围解析。
    • 因为$z\in D$时,$w = z^{2}$的值域在$f(z)$的解析区域内,所以$f(z^{2})$在$D$内解析,选项D正确。

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