关于复数的对数函数,下面公式正确的是()A. Ln(z_(1)z_(2))=Lnz_(1)+Lnz_(2)B. ln(z_(1)z_(2))=lnz_(1)+lnz_(2)C. Lnz^2=2LnzD. lnz^2=2lnz
A. $Ln(z_{1}z_{2})=Lnz_{1}+Lnz_{2}$
B. $ln(z_{1}z_{2})=lnz_{1}+lnz_{2}$
C. $Lnz^{2}=2Lnz$
D. $lnz^{2}=2lnz$
题目解答
答案
解析
本题考查复数对数函数的性质,核心在于区分多值对数函数($\text{Ln} z$)与主值对数函数($\ln z$)的不同特性:
- 多值对数函数 $\text{Ln} z$ 是无限多值的,满足加法性质 $\text{Ln}(z_1 z_2) = \text{Ln} z_1 + \text{Ln} z_2$;
- 主值对数函数 $\ln z$ 是单值函数,不满足上述加法性质,也不满足倍数性质;
- 倍数性质(如 $\text{Ln} z^2 = 2 \text{Ln} z$ 或 $\ln z^2 = 2 \ln z$)均不成立,因对数函数的分支切割和多值性会导致结果不一致。
选项A:$\text{Ln}(z_1 z_2) = \text{Ln} z_1 + \text{Ln} z_1$
正确。
多值对数函数 $\text{Ln} z$ 的一般形式为 $\text{Ln} z = \ln |z| + i(\arg z + 2k\pi)$,其中 $k \in \mathbb{Z}$。
- 设 $z_1 = r_1 e^{i\theta_1}$,$z_2 = r_2 e^{i\theta_2}$,则 $z_1 z_2 = r_1 r_2 e^{i(\theta_1 + \theta_2)}$;
- $\text{Ln}(z_1 z_2) = \ln(r_1 r_2) + i(\theta_1 + \theta_2 + 2k\pi) = \ln r_1 + \ln r_2 + i(\theta_1 + 2m\pi + \theta_2 + 2n\pi)$;
- 右侧 $\text{Ln} z_1 + \text{Ln} z_2 = [\ln r_1 + i(\theta_1 + 2m\pi)] + [\ln r_2 + i(\theta_2 + 2n\pi)]$,与左侧相等($k = m + n$)。
选项B:$\ln(z_1 z_2) = \ln z_1 + \ln z_1$
错误。
主值对数函数 $\ln z = \ln |z| + i \arg z$($-\pi < \arg z \leq \pi$)因分支切割的存在,不满足加法性质。
反例:取 $z_1 = z_2 = -1$,则 $z_1 z_2 = 1$,$\ln(z_1 z_2) = \ln 1 = 0$;但 $\ln z_1 + \ln z_2 = i\pi + i\pi = 2i\pi \neq 0$。
选项C:$\text{Ln} z^2 = 2 \text{Ln} z$
错误。
多值对数函数的平方性质不成立。
反例:取 $z = -1$,则 $z^2 = 1$,$\text{Ln} z^2 = \text{Ln} 1 = 2k\pi i$;而 $2 \text{Ln} z = 2[i\pi + 2m\pi i] = (2 + 4m)\pi i$,两者不相等(如 $k=0$ 时 $\text{Ln} z^2 = 0$,但 $2 \text{Ln} z = 2\pi i$)。
选项D:$\ln z^2 = 2 \ln z$
错误。
主值对数函数的平方性质不成立。
反例:取 $z = -1$,则 $z^2 = 1$,$\ln z^2 = \ln 1 = 0$;但 $2 \ln z = 2 \cdot i\pi = 2i\pi \neq 0$。