在学习《复变函数与积分变换》这门课程时,课后习题是巩固所学知识的重要环节。为了帮助大家更好地理解和掌握相关知识点,本文将对部分典型习题进行详细解答,希望对大家的学习有所帮助。
一、关于复数的基本运算
例题1:设复数z₁ = 3 + 4i, z₂ = -1 + 2i,求z₁+z₂和z₁·z₂。
解:
z₁+z₂ = (3+4i) + (-1+2i) = (3-1) + (4+2)i = 2 + 6i
z₁·z₂ = (3+4i)(-1+2i) = -3 + 6i - 4i + 8i² = -3 + 2i - 8 = -11 + 2i
因此,z₁+z₂=2+6i,z₁·z₂=-11+2i。
二、解析函数的概念及其性质
例题2:判断函数f(z) = u(x,y) + iv(x,y)是否为解析函数,其中u(x,y) = x²-y², v(x,y) = 2xy。
解:要判断f(z)是否为解析函数,需验证柯西-黎曼方程是否成立。即:
∂u/∂x = ∂v/∂y 和 ∂u/∂y = -∂v/∂x 是否同时成立。
计算偏导数:
∂u/∂x = 2x, ∂u/∂y = -2y
∂v/∂x = 2y, ∂v/∂y = 2x
显然,∂u/∂x = ∂v/∂y且∂u/∂y = -∂v/∂x,所以f(z)满足柯西-黎曼条件,且u(x,y)和v(x,y)具有连续的一阶偏导数,因此f(z)为解析函数。
三、积分变换的应用
例题3:利用傅里叶变换求解积分∫_{-∞}^{+∞} e^(-a|x|) dx,其中a>0。
解:
由于函数e^(-a|x|)是偶函数,所以可以写成:
∫_{-∞}^{+∞} e^(-a|x|) dx = 2∫_{0}^{+∞} e^(-ax) dx
令t=ax,则dt=a dx,当x从0到+∞变化时,t也从0到+∞。于是有:
2∫_{0}^{+∞} e^(-ax) dx = 2/a ∫_{0}^{+∞} e^(-t) dt = 2/a [(-e^(-t))]|_{0}^{+∞}
因为lim(t→+∞) e^(-t) = 0,而e^(0) = 1,所以结果为:
2/a (0 - (-1)) = 2/a
综上所述,原积分的结果为2/a。
通过上述几个例子可以看出,《复变函数与积分变换》中的许多问题都可以通过严谨的数学推导得到明确的答案。希望大家能够结合教材多做练习,在实践中加深理解,提高解决问题的能力。