函数 f(z) = x^2 - y - x + i(2xy - y^2) 在点 z = (1)/(2) 处( )A. 既不连续也不可导B. 解析C. 可导但不解析D. 连续但不可导
A. 既不连续也不可导
B. 解析
C. 可导但不解析
D. 连续但不可导
题目解答
答案
解析
本题考查复变函数的连续性与可导性以及解析性的判断。解题思路是先判断函数在给定的点处是否连续,再判断是否可导,最后根据可导与解析的关系判断是否解析。
1. 判断函数在点 $z = \frac{1}{2}$ 处的连续性
已知函数 $f(z) = x^2 - y - x + i(2xy - y^2)$,当 $z=\frac{1}{2}$ 时,$x = \frac{1}{2}$,$y = 0$。
将 $x = \frac{1}{2}$,$y = 0$ 代入函数 $f(z)$ 可得:
$f(\frac{1}{2})=(\frac{1}{2})^2 - 0 - \frac{1}{2}+i(2\times\frac{1}{2}\times0 - 0^2)$
$=\frac{1}{4}-\frac{1}{2}+i(0 - 0)$
$=-\frac{1}{4}$
对于复变函数 $f(z)=u(x,y)+iv(x,y)$,其中 $u(x,y)=x^2 - y - x$,$v(x,y)=2xy - y^2$。
因为 $u(x,y)$ 和 $v(x,y)$ 都是二元多项式函数,二元多项式函数在整个复平面上都是连续的,所以 $f(z)$ 在点 $z = \frac{1}{2}$ 处连续。
2. 判断函数在点 $z = \frac{1}{2}$ 处的可导性
根据柯西 - 黎曼方程判断可导性,柯西 - 黎曼方程为 $\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}$ 且 $\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{\partial v}{\partial x}$。
- 先求偏导数:
- 对 $u(x,y)=x^2 - y - x$ 求关于 $x$ 的偏导数:
$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial}{\partial x}(x^2 - y - x)=2x - 1$ - 对 $u(x,y)=x^2 - y - x$ 求关于 $y$ 的偏导数:
$\frac{\partial u}{\partial y}=\frac{\partial}{\partial y}(x^2 - y - x)=-1$ - 对 $v(x,y)=2xy - y^2$ 求关于 $x$ 的偏导数:
$\frac{\partial v}{\partial x}=\frac{\partial}{\partial x}(2xy - y^2)=2y$ - 对 $v(x,y)=2xy - y^2$ 求关于 $y$ 的偏导数:
$\frac{\partial v}{\partial y}=\frac{\partial}{\partial y}(2xy - y^2)=2x - 2y$
- 对 $u(x,y)=x^2 - y - x$ 求关于 $x$ 的偏导数:
- 再将 $x = \frac{1}{2}$,$y = 0$ 代入偏导数:
- $\frac{\partial u}{\partial x}\big|_{x = \frac{1}{2},y = 0}=2\times\frac{1}{2}-1=0$
- $\frac{\partial u}{\partial y}\big|_{x = \frac{1}{2},y = 0}=-1$
- $\frac{\partial v}{\partial x}\big|_{x = \frac{1}{2},y = 0}=2\times0 = 0$
- $\frac{\partial v}{\partial y}\big|_{x = \frac{1}{2},y = 0}=2\times\frac{1}{2}-2\times0 = 1$
此时 $\frac{\partial u}{\partial x}\big|_{x = \frac{1}{2},y = 0}=0\neq1=\frac{\partial v}{\partial y}\big|_{x = \frac{1}{2},y = 0}$,不满足柯西 - 黎曼方程,所以函数 $f(z)$ 在点 $z = \frac{1}{2}$ 处不可导。
3. 判断函数在点 $z = \frac{1}{2}$ 处的解析性
由于函数在某点解析的前提是在该点可导,而函数 $f(z)$ 在点 $z = \frac{1}{2}$ 处不可导,所以函数 $f(z)$ 在点 $z = \frac{1}{2}$ 处不解析。
综上,函数 $f(z)$ 在点 $z = \frac{1}{2}$ 处连续但不可导。