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01 第一次 复变函数与积分变换序言.pptx

页数:29页文件大小:422.7 KB来源: 复变函数与积分变换ppt课件

本课件为课程绪论与第一章节选,先交代复数从解代数方程产生、经欧拉与达朗贝尔阐明几何意义后确立的历史,再进入复数的概念与运算,并依次给出复平面、向量、三角与指数四种表示方法及其相互换算。

课程序言页,说明实变函数与复变函数的区别,并交代复数由解代数方程引入的历史背景
历史背景页,列举欧拉在《代数》中的运算失误与莱布尼慈、贝努里的悖论,说明复数曾长期不被接受
贝努里悖论推导页,展示由同一前提推出互相矛盾结果的算式,揭示早期复数运算的困难
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第1页:序言·复变函数的由来

序言以前,高等数学中所接触到的函数,因为自变量、因变量的变化范围都是实数,故此称为实变函数。类似的,若一个函数的变量的变化范围为复数,则称其为复变函数另外,并不是所有方程的根都是实根,我们就把实根之外的根称为复根,由此产生了复数复数是十六世纪人们在解代数方程时引进的1545年意大利数学家卡丹在解三次代数方程时首次产生负数开平方的思想!如:

第2页:复数早期的运算矛盾

但是,在十八世纪以前,人们对复数的概念了解的不够清楚,在对它进行运算时得到一些矛盾。如欧拉就在一本名字叫“代数”的书中出现过如此的运算:再如,著名的贝努里悖论:首先,莱布尼慈认为:而贝努里则由此发现了矛盾:

第3页:贝努里悖论

矛盾!贝努里悖论:

第4页:复数几何意义的阐明

正因为众多矛盾的产生,所以,复数在历史上长期不为人们接受,复数也叫虚数,这一名词本身恰好就反映了这一点。直到十八世纪,欧拉和达朗贝尔等人才逐步阐明了复数的几何意义和物理意义,澄清了复数的概念,并应用复数和复变函数理论解决了流体力学等方面的一些问题,直到这时人们才接受了复数,复变函数理论也就得以顺利的建立和发展。以上是复数的发展,下面再来谈一下复变函数:复变函数的主要研究对象是解析函数,正因为如此,复变函数论也称解析函数论。

第5页:复变函数论的建立

作为一门学科,它酝酿于十八世纪,而它的理论础奠定于十九世纪,故此属于近代数学的一门分支。这一理论的建立和发展与解决实际问题有着密切的联系,比如著名的柯西定理就是柯西本人在研究水波的传播问题时,通过计算一些复变函数的积分而发现的。现在,复变函数理论及方法在数学及工程技术中有着广泛的应用。比如,在复变函数理论最先得到成功应用的流体力学、电磁学、平面弹性力学这三个领域中,复变函数方法已经发展成为解决有关问题的几种经典方法之一。

第6页:保形变换与积分变换应用

  • 再如,用一个适当的解析函数能把一个不规则区域变换到规则区域,这是复变函数中的保形变换理论这一点在工程技术中也有着重要的应用。积分变换的应用:
  • (1)求解常微分方程
  • (2)电工学、电子技术、信号分析等问题的工具

第7页:本课程特点与研究对象

本课程特点:主要研究对象是解析函数。何为解析函数?正文中自有定义,简单讲就是能展成幂级数的函数。初看起来这个定义似乎很普通,但正是这类函数具有许多独特的性质,而这些深刻的性质远不是一下子就能看出来的,只有经过深入一步的学习才能逐一弄清楚。所以注意:解析函数具有那些独特的性质是我们这门课的中心议题

第8页:第一章 复数与复变函数

第一章复数与复变函数§1复数及其运算一、复数的概念:称为一个复数其中:,实部;,虚部为虚数单位,满足若,则称为纯虚数。

第9页:复数相等与共轭复数

注:1)两个复数相等,是指二者实部、虚部分别相等2)两个复数之间无法比较大小,除非都是实数

定义
的共轭复数为:显然,实数的共轭是其本身

第10页:复数的四则运算

二、复数的运算:定义复数的四则运算如下:加、减:乘法:注:1)乘法规则实际上就是将分别看作两个二项式,然后乘开、合并即可记:

第11页:复数除法与运算律

2)一个复数与其共轭复数的乘积结果是一实数!

定义
即:将除法运算转化为乘法运算易证,复数的运算满足分配律、交换律、结合律

此外,还有下列性质:

第12页:复数恒等式

  • 1)
  • 2)
  • 3)
  • 4)复数恒等式,如

第13页:复数运算例题

例:

第14页:复平面与向量表示

§2复数的几种表示方法1、复平面,向量表示o。(x,y)xy可以建立直角坐标平面与全体复数之间的一种一一对应关系。在这种意义下,我们也称直角坐标平面为复平面,坐标(x,y)复数通过下列方式:点x,y轴分别称为实轴、虚轴。由此,今后点与复数不加区分,即:点代表一个复数,复数也代表一个点。

第15页:复数的模与幅角

xyor现在,以复数为终点,原点为起点做一向量,称其为复数的向量示。

定义
称向量的长度为它所代表的复数的模,记为显然,称x轴正向到向量的旋转角度为复数z的幅角,记为:Arg z

第16页:幅角的多值性与主值

  • 注:
  • 1)复数的模实际上是它到原点的距离
  • 2)
  • 3)根据定义,幅角是多值的,若则是一个幅角,也是,这里为任意整数。为方便起见,我们定义一个主值:把满足的幅角称为幅角主值记为arg z,这样,我们有:Arg z=arg z+

第17页:幅角主值的求法

324)规定:z=0的幅角不确定或为任意求复数的幅角主值的方法:最好引进辅助三角形,这样幅角一目了然,可以很清楚的将其用反三角函数表示。

第18页:向量表示的优点

复数的向量表示的优点:能将代数问题化为几何问题,从而使问题变的直观。注:

第19页:复数的三角不等式

称为复数的三角不等式

第20页:复数的三角表示

2、欧拉公式,三角表示,指数表示:记复数的模、幅角分别为,显然有:从而,又可表示为:称为复数的三角表示

第21页:求三角表示例题

如:,则:所以,其三角表示为:例:已知求的三角表示解:注:由定义,求一复数的三角表示,只须求出其模、一个幅角即可

第22页:指数表示与表示法小结

指数表示:来源:欧拉公式—三角、指数表示的优点:模、幅角一目了然。小结:复数的几种常见表示—坐标,向量,三角,指数

第23页:复数的球面表示

复数的球面表示:.zN..S.P复平面用如图所示的方法可建立复平面上的点与球面上的点之间的一种一一对应的关系,即这种方式称为复数的球面表示

第24页:复方程表示的曲线

  • 例:下列方程各表示什么曲线?
  • 4)写出直线的复方程
  • 1)
  • 2)解:
  • 1)
  • 2):关键是的几何意义,所以
  • 1)表示圆周
  • 2)表示椭圆表示到的距离
  • 3)

第25页:复方程化为实方程

3)化为实方程,为此代入,得化简,得,表示一直线4)关键:由得,代入直线方程,得因而可记为,其中为实数

第26页:曲线的复参数方程

例:设平面曲线c为其中t为实参数为其复数形式的参数方程,试分别写出直线,圆周,抛物线的复数形式的参数方程(简称复方程)解:直线抛物线圆周则称

第27页:第一章复数表示小结

  • 小结
  • 一、复数的基本概念:实部,虚部,共轭复数
  • 二、复数的表示:坐标法,三角,指数,向量三角表示中,模、幅角、幅角主值的概念
  • 三、复数的加、减、乘、除四则运算

第28页:课堂练习

练习:

第29页:

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