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08 从两个方向推导方程,不靠硬背符号
设 在 可导。沿实方向令 ,得
沿虚方向令 ,得
实部、虚部分别比较,于是
这就是柯西—黎曼方程,简称 C-R 方程。第一行同号,第二行带负号;实在忘了,就重走两个方向。
必要性与充分性要分开 复可导必然满足上述方程。但仅有两个偏导等式,未必保证复可导。精确的充分条件是: 在该点作为实二元函数全微分存在,并满足 C-R 方程。课堂题最常用的方便条件是:四个一阶偏导在该点附近存在且在该点连续,再检查方程。
若 为多项式、指数三角组合且无分母异常,这个连续性条件通常自动满足。写解答时用一句话说明即可,不必制造冗长证明。
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09 为什么加上全微分就足够
全微分给出
其中 。代入 C-R 方程,把两式合并成
除以 ,余项的模趋零,就得到 。你需要看懂的关键是“两个实线性式合成了乘一个复数”,不是记忆四行余项记号。
一个防止误用的例子 定义 ,非零处
原点处 、,C-R 成立。但沿实轴差商为1,沿 差商为 ,故不可导。原因正是不能只用“偏导存在并满足方程”替代全微分条件。这是概念校验题,不要求第一轮背函数的构造。
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10 标准计算题的四步:拆、求、解、分清
以 为例,这是教材的主要示范。
- 拆出 ,两者一阶偏导连续。
- 求导:。
- 解 C-R:、,得 和 。
- 在这两个点可导,导数用 ,分别为0与 。可导点集合没有任何开圆盘,所以处处不解析。
不要省略最后一句 只写“满足 C-R 的点是……”没有完整回答解析性问题。若方程在一个开区域处处成立,且偏导连续,才可说该区域内解析。
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11 恒为常数的证明与极坐标形式
若解析函数 的实部为常数,则 ,由 C-R 得 ;在连通区域上 为同一个常数,故 为常数。虚部恒定同理。
若 恒定,先处理恒等于0的情况;非零时由 求偏导,结合 C-R 得一个行列式为 的齐次方程组,推出 ,所以仍为常数。若 与 都解析,把它们的 C-R 方程并列也会得到所有一阶偏导为零。这里“区域连通”保证各点的常数一致,不能不加解释地在分离集合上套用。
当 、 时,C-R 可写
这是链式法则换坐标的结果。适合对数、幂和由极坐标给出的题;原点不能直接代入含 的式子。第一轮优先熟练直角坐标,极坐标公式知道用途并能查用即可。