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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 關於 z 的全導數是

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

uv 表示,(5) 變為

(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)

沿實軸,或 x-軸, partialf/partialy=0, 因此

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

沿虛軸,或 y-軸, partialf/partialx=0, 因此

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

如果 f復可微 的,那麼對於給定的 dz,導數值必須相同,與其方向無關。因此,(8) 必須等於 (9),這要求

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

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

這些被稱為柯西-黎曼方程。

它們匯出條件

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

柯西-黎曼方程可以簡明地寫成

(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^_複共軛

如果 z=re^(itheta), 那麼柯西-黎曼方程變為

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

(Abramowitz 和 Stegun 1972, p. 17)。

如果 uv 滿足柯西-黎曼方程,它們也滿足二維拉普拉斯方程,因為

 (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)

透過選擇任意 f(z),可以找到自動滿足柯西-黎曼方程和 拉普拉斯方程 的解。這一事實被用於使用 共形對映 來找到涉及標量勢的物理問題的解,例如流體流動和靜電學。


另請參閱

解析函式, 反解析函式, 柯西積分定理, 復導數, 共形對映, 整函式, 單值函式, 多值函式

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參考文獻

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 上被引用

柯西-黎曼方程

請引用為

Weisstein, Eric W. "柯西-黎曼方程。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Cauchy-RiemannEquations.html

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