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数学
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5.判断题 f(z)=overline(z) 在复平面上处处连续,但处处不可导.A 对B 错

5.判断题 $ f(z)=\overline{z} $ 在复平面上处处连续,但处处不可导. A 对 B 错

题目解答

答案

为了判断函数 $ f(z) = \overline{z} $ 是否在复平面上处处连续但处处不可导,我们需要分别分析函数的连续性和可导性。 ### 连续性 函数 $ f(z) = \overline{z} $ 将复数 $ z = x + yi $ 映射到它的复共轭 $ \overline{z} = x - yi $。为了检查 $ f(z) $ 是否连续,我们需要看当 $ z $ 接近 $ z_0 $ 时,$ f(z) $ 是否接近 $ f(z_0) $。 设 $ z_0 = x_0 + y_0i $。那么 $ f(z_0) = x_0 - y_0i $。对于任何 $ z = x + yi $,我们有: \[ f(z) = x - yi. \] 当 $ z $ 接近 $ z_0 $ 时,$ x $ 接近 $ x_0 $ 且 $ y $ 接近 $ y_0 $。因此,$ f(z) = x - yi $ 接近 $ x_0 - y_0i = f(z_0) $。这表明 $ f(z) $ 在任何点 $ z_0 $ 处都是连续的。因此,$ f(z) = \overline{z} $ 在复平面上处处连续。 ### 可导性 函数 $ f(z) $ 在点 $ z_0 $ 处可导,如果极限 \[ \lim_{z \to z_0} \frac{f(z) - f(z_0)}{z - z_0} \] 存在。对于 $ f(z) = \overline{z} $,这个极限变为 \[ \lim_{z \to z_0} \frac{\overline{z} - \overline{z_0}}{z - z_0}. \] 设 $ z = z_0 + h $,其中 $ h = h_1 + h_2i $。那么 \[ \overline{z} = \overline{z_0 + h} = \overline{z_0} + \overline{h} = \overline{z_0} + h_1 - h_2i. \] 极限现在是 \[ \lim_{h \to 0} \frac{\overline{h}}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{h_1 - h_2i}{h_1 + h_2i}. \] 为了看这个极限是否存在,我们可以考虑 $ h $ 沿不同路径接近 0 的情况。如果 $ h $ 沿实轴接近 0,那么 $ h_2 = 0 $ 且极限是 \[ \lim_{h_1 \to 0} \frac{h_1}{h_1} = 1. \] 如果 $ h $ 沿虚轴接近 0,那么 $ h_1 = 0 $ 且极限是 \[ \lim_{h_2 \to 0} \frac{-h_2i}{h_2i} = -1. \] 由于极限沿不同路径接近 0 时值不同,极限不存在。因此,$ f(z) = \overline{z} $ 在任何点 $ z_0 $ 处都不可导。 ### 结论 函数 $ f(z) = \overline{z} $ 在复平面上处处连续但处处不可导。因此,正确答案是: \[ \boxed{A} \]

解析

考查要点:本题主要考查复变函数的连续性和可导性判断,涉及共轭函数的性质及柯西-黎曼方程的应用。

解题核心思路:

  1. 连续性:通过分析复共轭函数的表达式,判断当$z$趋近于任意点$z_0$时,函数值是否趋近于$f(z_0)$。
  2. 可导性:利用柯西-黎曼方程验证函数是否满足可导条件,或通过直接计算导数的极限是否存在。

破题关键点:

  • 连续性:复共轭函数的实部和虚部分别为$x$和$-y$,均为连续函数,故整体连续。
  • 可导性:通过柯西-黎曼方程或极限法证明导数不存在,因极限值沿不同路径趋于0时不一致。

连续性分析

设$z = x + yi$,则$f(z) = \overline{z} = x - yi$。当$z$趋近于任意点$z_0 = x_0 + y_0i$时:

  • $x \to x_0$,$y \to y_0$
  • $f(z) = x - yi \to x_0 - y_0i = f(z_0)$

因此,$f(z)$在复平面上处处连续。

可导性分析

函数$f(z)$在点$z_0$处可导的充要条件是极限:
$\lim_{z \to z_0} \frac{f(z) - f(z_0)}{z - z_0}$
存在。将$z = z_0 + h$($h = h_1 + h_2i$)代入,得:
$\lim_{h \to 0} \frac{\overline{h}}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{h_1 - h_2i}{h_1 + h_2i}$

  • 沿实轴趋近($h_2 = 0$):极限值为$\frac{h_1}{h_1} = 1$。
  • 沿虚轴趋近($h_1 = 0$):极限值为$\frac{-h_2i}{h_2i} = -1$。

因极限值沿不同路径不一致,故极限不存在,$f(z)$处处不可导。

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