Bo E. Sernelius Funktioner av Komplex Variabel 15 KOMPLEXVÄRDA FUNKTIONER AV KOMPLEX VARIABEL

Relevanta dokument
1.1 Den komplexa exponentialfunktionen

= 1 h) y 3 = 4(x 1) i) y = 17 j) x = 5. = 1 en ekvation för linjen genom a) (6, 0) och (0, 5) b) (9, 0) och (0, 5)

TATM79: Föreläsning 7 Komplexa exponentialfunktionen och binomiska ekvationer

Bo E. Sernelius Residuer och Poler 27

Några saker att tänka på inför dugga 2

Modul 2 Mål och Sammanfattning

MAA151 Envariabelkalkyl läsåret 2016/17

3. Analytiska funktioner.

Imz. Rez. Bo E. Sernelius

Lösningar till övningstentan. Del A. UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Styf. Övningstenta BASKURS DISTANS

FÖRELÄSNING 2 ANALYS MN1 DISTANS HT06

29 Det enda heltalet n som satisfierar båda dessa villkor är n = 55. För detta värde på n får vi x = 5, y = 5.

Läsanvisningar till kapitel Komplexa tals algebraiska struktur

Uppföljning av diagnostiskt prov Repetition av kursmoment i TNA001-Matematisk grundkurs.

KRAMERS-KRONIGS DISPERSIONSRELATIONER

Föreläsning 7. SF1625 Envariabelanalys. Hans Thunberg, 13 november 2018

1. Ange samtliga uppsättningar av heltal x, y, z som uppfyller båda ekvationerna. x + 2y + 24z = 13 och x 11y + 17z = 8.

Blandade A-uppgifter Matematisk analys

KOMPLEX ANALYS EXEMPELSAMLING. Augusti 2006 GRUNDLÄGGANDE EGENSKAPER. 1. Beräkna real- och imaginärdel av. 1 1 i. ( i i c) 1 + i.

Formelsamling för TMV120 : HT-10

Formelsamling för TMV120 : HT-06

Introduktion till Komplexa tal

den reella delen på den horisontella axeln, se Figur (1). 1

x f (x) dx 1/8. Kan likhet gälla i sistnämnda relation. (Torgny Lindvall.) f är en kontinuerlig funktion på 1 x sådan att lim a

Kursstart. Kursen startar tisdagen den 10 oktober kl i sal MA236 i MIT-huset. Schemat kan erhållas från matematiska institutionens hemsida.

4x 1 = 2(x 1). i ( ) får vi 5 3 = 5 1, vilket inte stämmer alls, så x = 1 2 är en falsk rot. Svar. x = = x x + y2 1 4 y

forts. Kapitel A: Komplexa tal

MA2047 Algebra och diskret matematik

SF1625 Envariabelanalys

Komplexa tal: Begrepp och definitioner

Läsanvisningar till kapitel

Lösningsförslag TATM

Komplexa tal. i 2 = 1, i 3 = i, i 4 = i 2 = 1, i 5 = i,...

SF1661 Perspektiv på matematik Tentamen 24 oktober 2013 kl Svar och lösningsförslag. z 11. w 3. Lösning. De Moivres formel ger att

Referens :: Komplexa tal

Modul 1: Funktioner, Gränsvärde, Kontinuitet

R AKNE OVNING VECKA 2 David Heintz, 13 november 2002

15. Ordinära differentialekvationer

Modul 1: Funktioner, Gränsvärde, Kontinuitet

Om komplexa tal och funktioner

Referens :: Komplexa tal version

Sätt t = (x 1) 2 + y 2 + 2(x 1). Då är f(x, y) = log(t + 1) = t 1 2 t t3 + O(t 4 ) 1 2 (x 1) 2 + y 2 + 2(x 1) ) 2 (x 1) 2 + y 2 + 2(x 1) ) 3

Moment Viktiga exempel Övningsuppgifter Ö , Ö1.25, Ö1.55, Ö1.59

ÖVN 1 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF Nyckelord och innehåll.

Föreläsning 9: Komplexa tal, del 2

19.4 Bohrs modell för väteatomen.

2 Derivering av fält och nablaoperatorns roll

Lösningsförslag TATM

För ett andra ordningens system utan nollställen, där överföringsfunktionen är. ω 2 0 s 2 + 2ζω 0 s + ω0

Instuderingsfrågor i Funktionsteori

Lektion 6, Envariabelanalys den 14 oktober Låt oss krympa f:s definitionsmängd till en liten omgivning av x = x 2.

Kontrollskrivning KS1T


v0.2, Högskolan i Skövde Tentamen i matematik

Läsanvisningar till kapitel 4 i Naturlig matematik

1. Lös ekvationen (2 i) sin z + cos z = 2 i. Svara med komplexa tal på formen a + bi. u(x, y) = φ(x)(1 y),

Notera att ovanstående definition kräver att funktionen är definierad i punkten x=a.

Referens :: Komplexa tal version

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

LMA222a. Fredrik Lindgren. 17 februari 2014

Matematik för sjöingenjörsprogrammet

Signaler några grundbegrepp

Upphämtningskurs i matematik

Explorativ övning 7 KOMPLEXA TAL

Komplexa tal. j 2 = 1

c d Z = och W = b a d c för några reella tal a, b, c och d. Vi har att a + c (b + d) b + d a + c ac bd ( ad bc)

Tentamensuppgifter, Matematik 1 α

x 2y + z = 1 (1) 2x + y 2z = 3 (2) x + 3y z = 4 (3)

Läsanvisningar till kapitel 3

Att beräkna t i l l v ä x t takter i Excel

Skrivtid: Lösningar ska åtföljas av förklarande text. Hjälpmedel: formelsamling och manuella skrivdon. 1. Lös ekvationen z 4 = 16i.

TENTAMEN HF1006 och HF1008

ÖVN 5 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF Nyckelord och innehåll.

1 Materiell derivata. i beräkningen och så att säga följa med elementet: φ δy + δz. (1) φ y Den materiella derivatan av φ definierar vi som.

Tentamen i Komplex analys, SF1628, den 21 oktober 2016

EXEMPELSAMLING I KOMPLEXA FUNKTIONER

Tentamen i Envariabelanalys 1

Dugga 2 i Matematisk grundkurs

1 Tal, mängder och funktioner

BASPROBLEM I ENDIMENSIONELL ANALYS 1 Jan Gustavsson

Kapitel 4. Funktioner. 4.1 Definitioner

Visualisering av komplexvärda funktioner. Hans Lundmark, MAI

MATEMATIK Datum: Tid: förmiddag. A.Heintz Telefonvakt: Tel.:

S n = (b) Med hjälp av deluppgift (a) beräkna S n. 1 x < 2x 1? i i. och

Rekursionsformler. Komplexa tal (repetition) Uppsala Universitet Matematiska institutionen Isac Hedén isac

Matematik 4 Kap 4 Komplexa tal

Rita även upp grafen till Fourierseriens summa på intervallet [ 2π, 3π], samt ange summans värde i punkterna π, 0, π, 2π. (5) S(t) = c n e int,

Institutionen för Matematik. SF1625 Envariabelanalys. Lars Filipsson. Modul 1

VIII. Om komplexa tal och funktioner

Modul 1 Mål och Sammanfattning

Föreläsning 3. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 9 september Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

Associerade Legendre-funktioner och klotytefunktioner Ulf Torkelsson

Dubbelintegraler och volymberäkning

Rita även grafen till Fourierserien på intervallet [ 2π, 4π]. (5) 1 + cos(2t),

Algoritmer, datastrukturer och komplexitet

Complex numbers. William Sandqvist

SF1649, Vektoranalys och komplexa funktioner Tentamen, måndagen den 19 december Lösningsförslag. F n ds,

x 2 5x + 4 2x 3 + 3x 2 + 4x + 5. d. lim 2. Kan funktionen f definieras i punkten x = 1 så att f blir kontinuerlig i denna punkt? a.

Namn Klass Personnummer (ej fyra sista)

2x + y + 3z = 4 x + y = 1 x 2y z = 3

Transkript:

Bo E. Sernelius Funktioner av Komplex Variabel 5 KOMPLEXVÄRDA FUNKTIONER AV KOMPLEX VARIABEL I etta kapitel efinierar vi en komplexvär funktion av en komplex variabel, ess erivata, begreppet analytiska funktioner och e elementära funktionerna me sina inverser. Låt S vara ett områe i et komplexa talplanet. Om et för varje punkt,, i S finns en tillela punkt för variabeln ω, så är ω en funktion av en komplexa variablen i områet S: ω = f() (39) S kallas funktionen ωs efinitionsområe och alla komplexa tal som funktionen f antar å alla i S genomlöpes kallas funktionen ωs väremäng eller väreområe. Låt = x+ iy och f ( ) = u( ) + iv( ) = u( x, y) + iv( x, y) är x och y är reella och u och v är reella funktioner av e reella variablerna x och y. Vi ser att vi kan relatera funktionen till funktioner av reella variabler. Derivatan Derivatan av en komplexvär funktion av en komplexa variabel efinieras som ' f ( 0 )= lim 0 ( ) ( ) f 0 + f 0 (40) Att funktionen är eriverbar, vs. att erivatan existerar är ett strängt krav. Det räcker t.ex. inte me att funktionen är kontinuerlig. Analytiska funktioner En funktion f() är analytisk i en punkt 0 om ess erivata existerar inte bara i punkten 0 utan också i en omgivning till punkten. Analytiska funktioner är mycket viktiga i samban me konform avbilning och vi kommer att återväna till e egenskaper som följer av att

Bo E. Sernelius Funktioner av Komplex Variabel 6 funktionerna är analytiska i kursen elektromagnetisk fältteori och vågutbrening. Vi nämner bara några egenskaper här. Om en funktion är analytisk i ett områe av et komplexa talplanet så är ess real och imaginärel konjugerae harmoniska funktioner i etta områe. Viare gäller att en analytisk funktion av en analytisk funktion är analytisk, vs. om g() är analytisk så är F()=f(g()) analytisk för såana -vären att tillhör et områe är g är analytisk och g() tillhör et områe är f() är analytisk. Ofta är en funktion analytisk i elar av et komplexa talplanet. Inom fysiken så är e analytiska egenskaperna hos e funktioner som beskriver hur ett system svarar på en yttre störning, s.k. responsfunktioner eller tiskorrelationsfunktioner, mycket viktiga. Man kan ra långtgåene slutsatser från essa egenskaper. Vi kommer tillbaka till etta senare. Nu ska vi stuera elementära funktioner och eras analytiska egenskaper.

Bo E. Sernelius Funktioner av Komplex Variabel:Elementära Funktioner 7 Elementära funktioner Kraven man kan ställa på en funktion av komplex variabel är els att en är entyig,.v.s. att en bara har ett väre för varje punkt i ess efinitionsområe, els att en är ientisk me motsvarane funktion av en reell variabel på en el av reella axeln som utgör ess efinitionsområe.. Exponentialfunktionen Definition: x exp()= e cos y+ isin y ; x iy ( ) = + (4) e är basen för en naturliga logaritmen och y är i raianer. Vi kommer senare att kunna skriva exponentialfunktionen som e men kan inte göra et nu å vi ännu enast har efinierat reella exponenter. Exponentialfunktionen är analytisk i hela komplexa talplanet. Viare gäller att exp()= exp() (42) och att om ω är analytisk i ett områe D så gäller i etta områe att ω exp( ω)= exp( ω) (43) Vi ser att (4) innebär et komplexa talet exp() på polär form är absolutväret är e x och argumentet y. Av etta följer att exp( ) exp( 2)= exp( + 2), (44) ( ) exp 2 ( ) = ( ) (45) exp exp 2

Bo E. Sernelius Funktioner av Komplex Variabel:Elementära Funktioner 8 och för positiva heltal m och n gäller n [ exp() ] = exp( n) (46) [ ] = + [ ] = mn exp() exp m n ( 2πki) ; k 0,, 2, K, n (47) Viare gäller att exponentialfunktionen är perioisk me perioen 2πi. Vi har också att exp( * )= exp() * [ ] (48) Vi kan nu uttrycka ett komplext tal på polär form m.h.a. exponentialfunktionen: = [ ( )+ ( )]= ( )= r cos θ isin θ rexp iθ re i θ. (49) Exponentialfunktionen kan anta alla vären i et komplexa talplanet utom origo. Inversen till exponentialfunktionen av en reell variabel är logaritmfunktionen. Låt oss beteckna enna reellvära funktion av en reell variabel me Log och låta log() beteckna motsvarane komplexvära funktion av en komplex variabel. Denna är nästa funktion vi tänker behanla. Exponentialfunktionen av en reell variabel är en monoton funktion och ess invers är entyig. Problemet me exponentialfunktionen av en komplex variabel är att en är perioisk och alltså antar samma väre flera gånger inom sitt efinitionsområe. Dess invers blir ärför inte entyig.

Bo E. Sernelius Funktioner av Komplex Variabel:Elementära Funktioner 9 2. Logaritmfunktionen Definition: iθ log()= log( re )= Log ()+ r iθ (50) Vi kan me hjälp av et speciella argument Θ till såant att π < Θ π, skriva = rexp[i(θ ± 2nπ)], är n = 0,, 2,... och iθ log()= log ( re )= Log()+ r i Θ ± 2nπ ; n 0,, 2, K (5) ( ) = Funktionen log() har multipelvären me oänligt många vären. Vi kallar väret av (5) när n = 0 för principalväret av log() och skriver et som Log (). Log()= Log()+ r iθ ; r > 0, π < Θ π (52) Denna funktion är inte kontinuerlig för Θ = π men Log()= Log()+ r iθ ; r > 0, π < Θ< π (53) vars efintionsområe är alla tal i komplexa talplanet utom origo och negativa realaxeln är analytisk i sitt efinitionsområe och erivatan är Log( )= ; 0, π < arg()< π (54) Vi hae kunnat göra funktionen log () entyig och kontinuerlig på anra sätt genom att begränsa r och θ log ()= Log()+ r iθ ; r > 0, θ0 < θ < θ0 + 2π (55)

Bo E. Sernelius Funktioner av Komplex Variabel:Elementära Funktioner 20 log () är analytisk i etta områe och log( )= ; 0, θ0 < arg()< θ0 + 2π (56) Varje val av θ 0 ger en gren av logaritmfunktionen och en är θ 0 = -π kallas principalgrenen. Oavsett vilken gren av logaritmen som har valts så gäller att exp[ log() ]= (57) För rätt val av gren av logaritmen så fås att log[ exp() ]= (58) Alltså är funktionerna exp och log varanras inverser. y Grensnitt (branch cut) π θ π x Förgreningspunkt (branch point)

Bo E. Sernelius Funktioner av Komplex Variabel:Problem C 2 Problem C. Finn alla vären för så att exp()= 2. 2. Finn alla vären för så att exp( 2 )=. 3. När har en polära representationen = rexp( iθ ), visa att * = rexp( iθ ). 4. När har en polära representationen = rexp( iθ ), visa att exp( logr+ iθ )=. 5. Visa att exp( 0)=. 2 6. Visa att exp( 2 ± 3πi)= e. 7. Visa att exp( 2 π i )= i. 8. Visa att exp 2 + πi + ( 4 )= e i. 2 9. Visa att exp( + π i)= exp(). 0. Finn alla rötter till ekvationen log()= 2 π. i. Visa att Log( ei)= 2 π i 2. Visa att Log( i)= 2 Log( 2) 4 π i. 3. Visa att log ()=± 2nπi ; n= 0,, 2, K 4. Visa att log ( )=± ( 2n+ ) πi ; n= 0,, 2, K 5. Visa att log ()= i 2 πi± 2nπi ; n= 0,, 2, K 6. Visa att log i2 = i 4 n i ; n 02,,,