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柯西-黎曼方程


 f(x,y)=u(x,y)+iv(x,y),
(1)

其中

 z=x+iy,
(2)

因此

 dz=dx+idy.
(3)

f 关于 z 的全导数是

(df)/(dz)=(partialf)/(partialx)(partialx)/(partialz)+(partialf)/(partialy)(partialy)/(partialz)
(4)
=1/2((partialf)/(partialx)-i(partialf)/(partialy)).
(5)

uv 表示,(5) 变为

(df)/(dz)=1/2[((partialu)/(partialx)+i(partialv)/(partialx))-i((partialu)/(partialy)+i(partialv)/(partialy))]
(6)
=1/2[((partialu)/(partialx)+i(partialv)/(partialx))+(-i(partialu)/(partialy)+(partialv)/(partialy))].
(7)

沿实轴,或 x-轴, partialf/partialy=0, 因此

 (df)/(dz)=1/2((partialu)/(partialx)+i(partialv)/(partialx)).
(8)

沿虚轴,或 y-轴, partialf/partialx=0, 因此

 (df)/(dz)=1/2(-i(partialu)/(partialy)+(partialv)/(partialy)).
(9)

如果 f复可微 的,那么对于给定的 dz,导数值必须相同,与其方向无关。因此,(8) 必须等于 (9),这要求

 (partialu)/(partialx)=(partialv)/(partialy)
(10)

 (partialv)/(partialx)=-(partialu)/(partialy).
(11)

这些被称为柯西-黎曼方程。

它们导出条件

(partial^2u)/(partialx^2)=-(partial^2u)/(partialy^2)
(12)
(partial^2v)/(partialx^2)=-(partial^2v)/(partialy^2).
(13)

柯西-黎曼方程可以简明地写成

(df)/(dz^_)=1/2[(partialf)/(partialx)+i(partialf)/(partialy)]
(14)
=1/2[((partialu)/(partialx)+i(partialv)/(partialx))+i((partialu)/(partialy)+i(partialv)/(partialy))]
(15)
=1/2[((partialu)/(partialx)-(partialv)/(partialy))+i((partialu)/(partialy)+(partialv)/(partialx))]
(16)
=0,
(17)

其中 z^_复共轭

如果 z=re^(itheta), 那么柯西-黎曼方程变为

(partialu)/(partialr)=1/r(partialv)/(partialtheta)
(18)
1/r(partialu)/(partialtheta)=-(partialv)/(partialr)
(19)

(Abramowitz 和 Stegun 1972, p. 17)。

如果 uv 满足柯西-黎曼方程,它们也满足二维拉普拉斯方程,因为

 (partial^2u)/(partialx^2)+(partial^2u)/(partialy^2)=partial/(partialx)((partialv)/(partialy))+partial/(partialy)(-(partialv)/(partialx))=0
(20)
 (partial^2v)/(partialx^2)+(partial^2v)/(partialy^2)=partial/(partialx)(-(partialu)/(partialy))+partial/(partialy)((partialu)/(partialx))=0.
(21)

通过选择任意 f(z),可以找到自动满足柯西-黎曼方程和 拉普拉斯方程 的解。这一事实被用于使用 共形映射 来找到涉及标量势的物理问题的解,例如流体流动和静电学。


另请参阅

解析函数, 反解析函数, 柯西积分定理, 复导数, 共形映射, 整函数, 单值函数, 多值函数

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参考文献

Abramowitz, M. 和 Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, p. 17, 1972.Arfken, G. "Cauchy-Riemann Conditions." §6.2 in Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 360-365, 1985.Knopp, K. "The Cauchy-Riemann Differential Equations." §7 in Theory of Functions Parts I and II, Two Volumes Bound as One, Part I. New York: Dover, pp. 28-31, 1996.Krantz, S. G. "The Cauchy-Riemann Equations." §1.3.2 in Handbook of Complex Variables. Boston, MA: Birkhäuser, p. 13, 1999.Levinson, N. 和 Redheffer, R. M. Complex Variables. San Francisco, CA: Holden-Day, 1970.Zwillinger, D. Handbook of Differential Equations, 3rd ed. Boston, MA: Academic Press, p. 137, 1997.

在 Wolfram|Alpha 上被引用

柯西-黎曼方程

请引用为

Weisstein, Eric W. "柯西-黎曼方程。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Cauchy-RiemannEquations.html

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