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书名:工程数学——复变函数与积分变换(第二版)
定价:47.0
ISBN:9787030413727
作者:尹水仿
版次:2
出版时间:2014-08
内容提要:
本书(第二版)根据***非数学类课程“复变函数与积分变换”教学基本要求,结合编者多年讲授本课程的基础上编写而成,对**版教材内容、体系作了适当的调整与优化,使其具有更好的可读性,主要内容包括复数与复变函数、解析函数、复变函数的积分、级数、留数理论、共形映射、傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换和小波变换简介。
目录:
目录
**章 复数与复变函数 1
**节 复数及其代数运算 1
第二节 复数的几何表示 2
第三节 无穷远点和复球面 7
第四节 复平面上的点集 9
第五节 复变函数的概念 11
第六节 映射的概念 13
第七节 复变函数的极限与连续性 17
本章重要概念英语词汇 19
*题一 20
数学家简介 24
第二章 解析函数 25
**节 复变函数的导数与微分 25
第二节 解析函数 28
第三节 初等函数 37
本章重要概念英语词汇 48
*题二 48
数学家简介 51
第三章 复变函数的积分 52
**节 复变函数积分的概念 52
第二节 柯西积分定理 56
第三节 柯西积分公式 61
第四节 解析函数的高阶导数 62
本章重要概念英语词汇 66
*题三 66
数学家简介 69
第四章 级数 70
**节 幂级数 70
第二节 泰勒级数 75
第三节 洛朗级数 78
本章重要概念英语词汇 84
*题四 85
数学家简介 87
第五章 留数理论 88
**节 孤立奇点 88
第二节 留数定理 93
第三节 留数的计算 94
第四节 留数定理应用于计算某些实函数的积分 99
本章重要概念英语词汇 104
*题五 104
数学家简介 107
第六章 共形映射 109
**节 共形映射的概念 109
第二节 分式线性映射 111
第三节 **决定分式线性映射的条件 115
第四节 几个初等函数所构成的映射 122
本章重要概念英语词汇 126
*题六 126
数学家简介 129
第七章 傅里叶变换 130
**节 傅氏积分定理 130
第二节 傅氏变换 136
第三节 单位脉冲函数及其傅氏变换 140
第四节 傅氏变换的性质 147
第五节 卷积与卷积定理 152
第六节 傅氏变换的简单应用 156
本章重要概念英语词汇 159
*题七 160
数学家简介 164
第八章 拉普拉斯变换 165
**节 拉普拉斯变换的概念 165
第二节 拉氏变换的性质 171
第三节 拉氏逆变换 176
第四节 卷积与卷积定理 182
第五节 拉氏变换的简单应用 188
本章重要概念英语词汇 194
*题八 194
数学家简介 198
第九章 Z变换 199
**节 Z变换的定义 199
第二节 Z变换的性质 201
第三节 逆Z变换 207
第四节 Z变换的应用 210
本章重要概念英语词汇 211
*题九 211
数学家简介 213
第十章 小波变换简介 214
**节 小波 214
第二节 连续小波变换 216
第三节 离散小波变换 218
第四节 小波变换的简史及应用 220
本章重要概念英语词汇 222
*题十 222
数学家简介 223
*题答案或提示 224
附录I 复变函数发展简史 235
附录II 傅氏变换简表 237
附录III 拉氏变换简表 242
在线试读:
**章 复数与复变函数
复变函数的定义域和值域均取自复数域。因此,在展开主要内容之前,有必要系统地学*复数的概念及相关性质。
**节 复数及其代数运算
一、复数的概念
定义1.1 形如z=x+iy或z=x+yi的数称为复数,其中x,y为两个实数,分别称为复数z的实部和虚部,并记为x=Re(z),y=Im(z)。i称为虚数单位,满足
i2=-1
显然,当虚部y=0时,复数z就是实数;当实部x=0且虚部y≠0时,复数z=iy称为纯虚数;两个复数z1=x1+iy1与z2=x2+iy2相等,当且仅当z1,z2实部、虚部分别对应相等,即x1=x2,y1=y2;称复数x-iy为复数x+iy的共轭,记为。
二、复数的四则运算
记z1=x1+iy1,z2=x2+iy2,则两个复数的和、差与乘积的定义如下
z1±z2=(x1±x2)+i(y1±y2)(1-1)
z1z2=(x1x2-y1y2)+i(x1y2+x2y1)(1-2)
当z2≠0时,可以定义除法
(1-3)
三、复数的运算性质
由复数四则运算的定义,不难验证以下的复数的运算性质:
(1)封闭性,即复数的四则运算的结果仍是一个复数;
(2)加法交换律,即z1+z2=z2+z1;
(3)加法结合律,即(z1+z2)+z3=z1+(z2+z3);
(4)乘法对加法的分配律,即z1(z2+z3)=z1z2+z1z3;
(5)乘法交换律与结合律,即z1z2=z2z1及(z1z2)z3=z1(z2z3)。
(6)共轭运算的性质
(读者自行证明)
例1.1 设z1,z2是两个复数,证明:如果z1+z2及z1z2都是实数,那么z1,z2或者都是实数,或者是共轭复数。
证 设z1=x1+iy1,z2=x2+iy2,则
z1+z2=(x1+x2)+i(y1+y2),z1z2=(x1x2-y1y2)+i(x1y2+x2y1)
由题设知
y1+y2=0及x1y2+x2y1=0
(1)当y1=0时,y2=0,这时z1,z2为实数;
(2)当y1≠0时,y1=-y2,从而由第二式得x1=x2,这时z1和z2为共轭复数。
证毕。
注 当z1=2时,z1z2=x21+y21.
例1.2 设,求及z。
解
所以
第二节 复数的几何表示
一、复平面
一个复数x+iy可完全由一对有序数组(x,y)所确定。因此,我们在平面上可建立直角坐标系,使得复数x+iy与平面上的点(x,y)一一对应(图11)。由于实数x(y=0)对应于横坐标轴上的点,纯虚数iy(x=0,y≠0)对应于纵坐标轴上的点,故将平面直角坐标系中的横坐标轴改称实轴,纵坐标轴改称虚轴,并称这个平面为复平面,或z平面。
图1-1
二、复数的点表示
引入复平面后,复数与平面之间建立了一一对应,从而复数的许多结果得到了几何直观的解释。为方便起见,复数z和复平面上的点z可等同叙述,如
{z|Imz>0}与{z|0≤Rez≤1,0≤Imz≤1}
分别表示上半平面和以0,1,1+i,i为顶点的正方形。
图1-2 Imz>0
图1-3 0≤Rez≤1,0≤Imz≤1
图1-4
三、复数的向量表示
如果把复数z=x+iy的实部和虚部作为平面向量在两坐标轴上的投影,则复数z=x+iy可用平面向量Oz→={x,y}表示(图14)。向量Oz→的模称为复数z的模,记为
|z|=r=x2+y2(1-4)
它是点z到原点的距离,即向量Oz→的长度。由模的定义易得
|x|≤|z|,|y|≤|z|,|z|≤|x|+|y|,zz=|z|2(1-5)
定义1.2 当z≠0时,以实轴正向为始边,以复数z对应的向量Oz→为终边的角称为复数z的辐角,记为Argz。令Argz=θ,则由向量的性质可得
x=|z|cosθ,y=|z|sinθ,tanθ=y/x(1-6)
需要指出的是,任何一个不为0的复数均有无穷多个辐角,若θ1为z的一个辐角,则
Argz=θ1+2kπ(k∈Z)(1-7)
都是z的辐角。在复数z(≠0)的辐角中,满足-π<θ0≤π的辐角θ0称为复数z的辐角主值,记为θ0=argz。当z=0时,Oz→表示零向量,其辐角不定。
非零复数z=x+iy的辐角主值argz可以由下式确定
(1-8)
将复数视为向量时,复数的加减法遵循平行四边形法则或三角形法则(图15)。
图1-5
从三角形法则,可以得到以下的三角不等式
|z1+z2|≤|z1|+|z2|(1-9)
|z1-z2|≥||z1|-|z2||(1-10)
四、复数的乘方与开方
设z为一个复数,由(1-4)和(1-6)式可知,z可以表示为
z=r(cosθ+isinθ)(1-11)
其中r表示复数z的模,θ为复数z的辐角,(1-11)式称为复数z的三角表达式。
利用欧拉公式
eiθ=cosθ+isinθ(1-12)
我们可以把复数z表示为
z=reiθ(1-13)
这称为复数的指数表达式,易知此时=re-iθ。
利用复数的指数表达式,我们很容易计算出复数z的乘除法公式和乘方公式:
设z1=r1(cosθ1+isinθ1),z2=r2(cosθ2+isinθ2),则
z1z2=r1r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)]或z1z2=r1r2ei(θ1+θ2)(1-14)
(1-15)
(1-16)
或
zn=rn(cosnθ+isinnθ)(1-17)
如果定义z-n=1zn,那么当n为复整数时,(1-16)和(1-17)式也是成立的。
由(1-11)和(1-17)式,当r=1时可以导出著名的棣莫弗公式
(cosθ+isinθ)n=cosnθ+isinnθ(1-18)
将此式的左端展开,再分为实部和虚部,就可以得到n倍角公式。例如,令n=3,由于
(cosθ+isinθ)3=[cos2θ-sin2θ+i(cosθsinθ+cosθsinθ)](cosθ+isinθ)=cos3θ-3cosθsin2θ+i(3cos2θsinθ-sin3θ)
所以有
cos3θ=cos3θ-3cosθsin2θ
sin3θ=3cos2θsinθ-sin3θ
再来考虑开方运算。对于一个复数z1,如果有另一个复数z2及一个正整数n,使得zn2=z1,则z2称为z1的一个n次方根。下面给出求z1的n次方根公式。
设已知
z1=r(cosθ+isinθ)
其n次方根z2=ρ(cosφ+isinφ),下面来计算ρ和φ。由于zn2=z1,所以有
[ρ(cosφ+isinφ)]n=r(cosθ+isinθ)
即得
ρn(cosnφ+isinnφ)=r(cosθ+isinθ)
所以
ρ=r1/n,nφ=θ+2kπ(k∈Z)
故知
(1-19)
注意到当k取连续的n个整数,例如1,2,…,n时,可以得到φ的n个值,其中任意两个值相差不超过2π。因此,z2至少可以取n个值。当k的取值超过n个时,必有φ的两个值,其差为2π的整数倍。因此,z2至多取n个值。因此,当z1≠0时,z2可以恰好取n个值,且
(1-20)
例1.3 设z1=1+i,z2=1+3i,求。
解
所以
例1.4 求:(1);(2)。
解 (1)因为-1=cosπ+isinπ,所以
定价:47.0
ISBN:9787030413727
作者:尹水仿
版次:2
出版时间:2014-08
内容提要:
本书(第二版)根据***非数学类课程“复变函数与积分变换”教学基本要求,结合编者多年讲授本课程的基础上编写而成,对**版教材内容、体系作了适当的调整与优化,使其具有更好的可读性,主要内容包括复数与复变函数、解析函数、复变函数的积分、级数、留数理论、共形映射、傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换和小波变换简介。
目录:
目录
**章 复数与复变函数 1
**节 复数及其代数运算 1
第二节 复数的几何表示 2
第三节 无穷远点和复球面 7
第四节 复平面上的点集 9
第五节 复变函数的概念 11
第六节 映射的概念 13
第七节 复变函数的极限与连续性 17
本章重要概念英语词汇 19
*题一 20
数学家简介 24
第二章 解析函数 25
**节 复变函数的导数与微分 25
第二节 解析函数 28
第三节 初等函数 37
本章重要概念英语词汇 48
*题二 48
数学家简介 51
第三章 复变函数的积分 52
**节 复变函数积分的概念 52
第二节 柯西积分定理 56
第三节 柯西积分公式 61
第四节 解析函数的高阶导数 62
本章重要概念英语词汇 66
*题三 66
数学家简介 69
第四章 级数 70
**节 幂级数 70
第二节 泰勒级数 75
第三节 洛朗级数 78
本章重要概念英语词汇 84
*题四 85
数学家简介 87
第五章 留数理论 88
**节 孤立奇点 88
第二节 留数定理 93
第三节 留数的计算 94
第四节 留数定理应用于计算某些实函数的积分 99
本章重要概念英语词汇 104
*题五 104
数学家简介 107
第六章 共形映射 109
**节 共形映射的概念 109
第二节 分式线性映射 111
第三节 **决定分式线性映射的条件 115
第四节 几个初等函数所构成的映射 122
本章重要概念英语词汇 126
*题六 126
数学家简介 129
第七章 傅里叶变换 130
**节 傅氏积分定理 130
第二节 傅氏变换 136
第三节 单位脉冲函数及其傅氏变换 140
第四节 傅氏变换的性质 147
第五节 卷积与卷积定理 152
第六节 傅氏变换的简单应用 156
本章重要概念英语词汇 159
*题七 160
数学家简介 164
第八章 拉普拉斯变换 165
**节 拉普拉斯变换的概念 165
第二节 拉氏变换的性质 171
第三节 拉氏逆变换 176
第四节 卷积与卷积定理 182
第五节 拉氏变换的简单应用 188
本章重要概念英语词汇 194
*题八 194
数学家简介 198
第九章 Z变换 199
**节 Z变换的定义 199
第二节 Z变换的性质 201
第三节 逆Z变换 207
第四节 Z变换的应用 210
本章重要概念英语词汇 211
*题九 211
数学家简介 213
第十章 小波变换简介 214
**节 小波 214
第二节 连续小波变换 216
第三节 离散小波变换 218
第四节 小波变换的简史及应用 220
本章重要概念英语词汇 222
*题十 222
数学家简介 223
*题答案或提示 224
附录I 复变函数发展简史 235
附录II 傅氏变换简表 237
附录III 拉氏变换简表 242
在线试读:
**章 复数与复变函数
复变函数的定义域和值域均取自复数域。因此,在展开主要内容之前,有必要系统地学*复数的概念及相关性质。
**节 复数及其代数运算
一、复数的概念
定义1.1 形如z=x+iy或z=x+yi的数称为复数,其中x,y为两个实数,分别称为复数z的实部和虚部,并记为x=Re(z),y=Im(z)。i称为虚数单位,满足
i2=-1
显然,当虚部y=0时,复数z就是实数;当实部x=0且虚部y≠0时,复数z=iy称为纯虚数;两个复数z1=x1+iy1与z2=x2+iy2相等,当且仅当z1,z2实部、虚部分别对应相等,即x1=x2,y1=y2;称复数x-iy为复数x+iy的共轭,记为。
二、复数的四则运算
记z1=x1+iy1,z2=x2+iy2,则两个复数的和、差与乘积的定义如下
z1±z2=(x1±x2)+i(y1±y2)(1-1)
z1z2=(x1x2-y1y2)+i(x1y2+x2y1)(1-2)
当z2≠0时,可以定义除法
(1-3)
三、复数的运算性质
由复数四则运算的定义,不难验证以下的复数的运算性质:
(1)封闭性,即复数的四则运算的结果仍是一个复数;
(2)加法交换律,即z1+z2=z2+z1;
(3)加法结合律,即(z1+z2)+z3=z1+(z2+z3);
(4)乘法对加法的分配律,即z1(z2+z3)=z1z2+z1z3;
(5)乘法交换律与结合律,即z1z2=z2z1及(z1z2)z3=z1(z2z3)。
(6)共轭运算的性质
(读者自行证明)
例1.1 设z1,z2是两个复数,证明:如果z1+z2及z1z2都是实数,那么z1,z2或者都是实数,或者是共轭复数。
证 设z1=x1+iy1,z2=x2+iy2,则
z1+z2=(x1+x2)+i(y1+y2),z1z2=(x1x2-y1y2)+i(x1y2+x2y1)
由题设知
y1+y2=0及x1y2+x2y1=0
(1)当y1=0时,y2=0,这时z1,z2为实数;
(2)当y1≠0时,y1=-y2,从而由第二式得x1=x2,这时z1和z2为共轭复数。
证毕。
注 当z1=2时,z1z2=x21+y21.
例1.2 设,求及z。
解
所以
第二节 复数的几何表示
一、复平面
一个复数x+iy可完全由一对有序数组(x,y)所确定。因此,我们在平面上可建立直角坐标系,使得复数x+iy与平面上的点(x,y)一一对应(图11)。由于实数x(y=0)对应于横坐标轴上的点,纯虚数iy(x=0,y≠0)对应于纵坐标轴上的点,故将平面直角坐标系中的横坐标轴改称实轴,纵坐标轴改称虚轴,并称这个平面为复平面,或z平面。
图1-1
二、复数的点表示
引入复平面后,复数与平面之间建立了一一对应,从而复数的许多结果得到了几何直观的解释。为方便起见,复数z和复平面上的点z可等同叙述,如
{z|Imz>0}与{z|0≤Rez≤1,0≤Imz≤1}
分别表示上半平面和以0,1,1+i,i为顶点的正方形。
图1-2 Imz>0
图1-3 0≤Rez≤1,0≤Imz≤1
图1-4
三、复数的向量表示
如果把复数z=x+iy的实部和虚部作为平面向量在两坐标轴上的投影,则复数z=x+iy可用平面向量Oz→={x,y}表示(图14)。向量Oz→的模称为复数z的模,记为
|z|=r=x2+y2(1-4)
它是点z到原点的距离,即向量Oz→的长度。由模的定义易得
|x|≤|z|,|y|≤|z|,|z|≤|x|+|y|,zz=|z|2(1-5)
定义1.2 当z≠0时,以实轴正向为始边,以复数z对应的向量Oz→为终边的角称为复数z的辐角,记为Argz。令Argz=θ,则由向量的性质可得
x=|z|cosθ,y=|z|sinθ,tanθ=y/x(1-6)
需要指出的是,任何一个不为0的复数均有无穷多个辐角,若θ1为z的一个辐角,则
Argz=θ1+2kπ(k∈Z)(1-7)
都是z的辐角。在复数z(≠0)的辐角中,满足-π<θ0≤π的辐角θ0称为复数z的辐角主值,记为θ0=argz。当z=0时,Oz→表示零向量,其辐角不定。
非零复数z=x+iy的辐角主值argz可以由下式确定
(1-8)
将复数视为向量时,复数的加减法遵循平行四边形法则或三角形法则(图15)。
图1-5
从三角形法则,可以得到以下的三角不等式
|z1+z2|≤|z1|+|z2|(1-9)
|z1-z2|≥||z1|-|z2||(1-10)
四、复数的乘方与开方
设z为一个复数,由(1-4)和(1-6)式可知,z可以表示为
z=r(cosθ+isinθ)(1-11)
其中r表示复数z的模,θ为复数z的辐角,(1-11)式称为复数z的三角表达式。
利用欧拉公式
eiθ=cosθ+isinθ(1-12)
我们可以把复数z表示为
z=reiθ(1-13)
这称为复数的指数表达式,易知此时=re-iθ。
利用复数的指数表达式,我们很容易计算出复数z的乘除法公式和乘方公式:
设z1=r1(cosθ1+isinθ1),z2=r2(cosθ2+isinθ2),则
z1z2=r1r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)]或z1z2=r1r2ei(θ1+θ2)(1-14)
(1-15)
(1-16)
或
zn=rn(cosnθ+isinnθ)(1-17)
如果定义z-n=1zn,那么当n为复整数时,(1-16)和(1-17)式也是成立的。
由(1-11)和(1-17)式,当r=1时可以导出著名的棣莫弗公式
(cosθ+isinθ)n=cosnθ+isinnθ(1-18)
将此式的左端展开,再分为实部和虚部,就可以得到n倍角公式。例如,令n=3,由于
(cosθ+isinθ)3=[cos2θ-sin2θ+i(cosθsinθ+cosθsinθ)](cosθ+isinθ)=cos3θ-3cosθsin2θ+i(3cos2θsinθ-sin3θ)
所以有
cos3θ=cos3θ-3cosθsin2θ
sin3θ=3cos2θsinθ-sin3θ
再来考虑开方运算。对于一个复数z1,如果有另一个复数z2及一个正整数n,使得zn2=z1,则z2称为z1的一个n次方根。下面给出求z1的n次方根公式。
设已知
z1=r(cosθ+isinθ)
其n次方根z2=ρ(cosφ+isinφ),下面来计算ρ和φ。由于zn2=z1,所以有
[ρ(cosφ+isinφ)]n=r(cosθ+isinθ)
即得
ρn(cosnφ+isinnφ)=r(cosθ+isinθ)
所以
ρ=r1/n,nφ=θ+2kπ(k∈Z)
故知
(1-19)
注意到当k取连续的n个整数,例如1,2,…,n时,可以得到φ的n个值,其中任意两个值相差不超过2π。因此,z2至少可以取n个值。当k的取值超过n个时,必有φ的两个值,其差为2π的整数倍。因此,z2至多取n个值。因此,当z1≠0时,z2可以恰好取n个值,且
(1-20)
例1.3 设z1=1+i,z2=1+3i,求。
解
所以
例1.4 求:(1);(2)。
解 (1)因为-1=cosπ+isinπ,所以