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解析函数的实部和虚部都是调和函数(解析函数的实部和虚部都是调和函数吗?)

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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