解析函数的实部和虚部都是调和函数吗?
什么是调和函数
调和函数是指对于连续二阶可微函数f(x,y)而言,其二阶偏导数之和等于零的函数f(x,y)。也就是说,若f(x,y)是一个调和函数,则它满足以下条件:
- 在定义域内,f(x,y)具有二阶连续偏导数
- f(x,y)的二阶偏导数之和等于0,即:Δf(x,y) = fxx(x,y) + fyy(x,y) = 0
复解析函数的实部和虚部
复解析函数f(z)=u(x,y)+iv(x,y)是指函数f在复平面内解析,即函数f满足柯西-黎曼方程的导数连续存在。其中,实部u和虚部v也是实解析函数,因此可以考虑它们是否为调和函数。
实部和虚部的一阶偏导数
假设函数f(z)=u(x,y)+iv(x,y)满足柯西-黎曼方程,即:
fz=ux+ivx=vy-iuy
fz的实部和虚部分别为:
ux=vy ---(1)
vx=-uy ---(2)
对于(1),对ux求二阶偏导得:
Δu=uxx+uyy=vyx+vxy
因为vyx=vxy,所以
Δu=2vyx
同理可得:Δv=-2uyx
实部和虚部的二阶偏导数
由(1)和(2)可得到以下关系:
uxx=vxy
uxy=-vxx
uyy=-vyx
uyx=vyy
显然,以上的四个式子还是满足二阶偏导数之和为0的条件。
总结
综上所述,若复解析函数的实部和虚部满足柯西-黎曼方程,则它们的一阶和二阶偏导数之和都为0,因此实部和虚部都是调和函数。
对于能够满足柯西-黎曼方程的复解析函数而言,它一定满足偏导数的调和性,因此对于实部和虚部两个单独的实解析函数,它们都是调和函数。
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