真正的危机不是机器人像人一样思考,而是人像机器一样思考。
这是关于复变函数学习的简单总结。笔记的内容不会十分完整,而是以我对于复变函数或者复分析的想法为主。
# 复数
# 复数的表示形式
# 代数形式
复数的最基本的表示为代数形式,即
z=a+bi,a,b∈R
其中 a≜Rez, 称为实部,b≜Imz, 称为虚部。将 a,b 分别视为二维坐标系中的横纵坐标,就得到了一个用来表示复数的平面,称为复平面。
# 三角形式
对于二维平面,除了采用平面直角坐标表示,另一种常见的方式就是采用极坐标进行表示。对应到复数上,就是复数的三角形式,即
z=r(cosθ+isinθ),r∈[0,∞),θ∈R
这时候,用三角恒等式可以得到一个三角形式下复数的乘法公式,称之为棣莫弗公式 (de Moivre's formula), 即
(cosx+isinx)n=cosnx+isinnx
于是可以看出,复数相乘,则幅角相加。在实数范围内,对于此性质,我们求解函数方程可以得到其对应的是指数的形式。于是自然可以联想到复数可以采用指数进行表示。此时可以暂且引入一个复数的简化表示形式,称为复数的指数形式,即
z=r(cosθ+isinθ)≜reiθ
# 球面表示
此外,借助于球极投影,我们还可以得到复数的球面表示。
对于单位球上的一点Z(ξ,η,ζ), 容易得到其与复平面上点z(x,y) 之间的对应关系为
ξ=1+∣z∣22x,η=1+∣z∣22y,ζ=1+∣z∣2∣z∣2−1
以及
x=1−ζξ,y=1−ζη
我们称 (ξ,η,ζ) 这种表示为复数的球面表示。此时,点 (0,0,1) 不表示复平面上的某个点,而是表示复平面上无穷远的点。因此,复数的球面表示可以让无穷远点也有一个良好的表示方式。此时,我们称包括了无穷远点的复数集为扩充复数集,记作 C∞ 或 Cˉ. 在 Cˉ 上也可以以球面上两点的欧氏距离定义度量,称为球面度量.
# 复变函数的概念
对定义域 E⊆C, (单) 复变函数是一个映射 f:E→C, 即函数是单值的。多复变函数是一个 E→2C 的映射,即函数是多值的。
如果采用代数形式看复变函数,那么其可以简单分解为两个实值函数的组合。即 w=f(z)=Ref(z)+Imf(z)=u(x,y)+iv(x,y).
我们可以从拓扑的视角看复变函数,因为复变函数是一个平面到平面的变换。