函数 f(z) = operatorname(Re) z 在 z 平面上 ____.A. 不连续B. 以上答案都不对C. 连续且可导D. 连续但处处不可导
A. 不连续
B. 以上答案都不对
C. 连续且可导
D. 连续但处处不可导
题目解答
答案
解析
本题考查复变函数的连续性与可导性的知识。解题思路是先判断函数$f(z)=\operatorname{Re}z$的连续性,再判断其可导性。
1. 判断函数$f(z)=\operatorname{Re}z$的连续性
设$z = x + iy$,则$f(z)=\operatorname{Re}z=x$。
对于任意给定的$z_0=x_0 + iy_0$,$\lim\limits_{z \to z_0} f(z)=\lim\limits_{(x,y) \to (x_0,y_0)} x$。
根据二元函数极限的定义,当$(x,y)$趋近于$(x_0,y_0)$时,$x$趋近于$x_0$,即$\lim\limits_{(x,y) \to (x_0,y_0)} x = x_0$。
而$f(z_0)=\operatorname{Re}z_0 = x_0$,所以$\lim\limits_{z \to z_0} f(z)=f(z_0)$。
由于$z_0$是$z$平面上任意一点,所以函数$f(z)=\operatorname{Re}z$在$z$平面上连续。
2. 判断函数$f(z)=\operatorname{Re}z$的可导性
根据复变函数可导的定义,函数$f(z)$在$z$点可导的充要条件是$\lim\limits_{\Delta z \to 0} \frac{f(z + \Delta z) - f(z)}{\Delta z}$存在且与$\Delta z$趋于$0$的方式无关。
设$z = x + iy$,$\Delta z = \Delta x + i\Delta y$,则$f(z)=x$,$f(z + \Delta z)=x + \Delta x$。
那么$\frac{f(z + \Delta z) - f(z)}{\Delta z}=\frac{(x + \Delta x) - x}{\Delta x + i\Delta y}=\frac{\Delta x}{\Delta x + i\Delta y}$。
- 当$\Delta y = 0$(即$\Delta z$沿实轴趋于$0$)时:
此时$\Delta z=\Delta x$,则$\lim\limits_{\Delta z \to 0} \frac{f(z + \Delta z) - f(z)}{\Delta z}=\lim\limits_{\Delta x \to 0} \frac{\Delta x}{\Delta x + i\cdot0}=\lim\limits_{\Delta x \to 0} \frac{\Delta x}{\Delta x}=1$。 - 当$\Delta x = 0$(即$\Delta z$沿虚轴趋于$0$)时:
此时$\Delta z = i\Delta y$,则$\lim\limits_{\Delta z \to 0} \frac{f(z + \Delta z) - f(z)}{\Delta z}=\lim\limits_{\Delta y \to 0} \frac{0}{0 + i\Delta y}=0$。
由于$\Delta z$沿不同方向趋于$0$时,$\lim\limits_{\Delta z \to 0} \frac{f(z + \Delta z) - f(z)}{\Delta z}$的值不同,所以$\lim\limits_{\Delta z \to 0} \frac{f(z + \Delta z) - f(z)}{\Delta z}$不存在,即函数$f(z)=\operatorname{Re}z$在$z$平面上处处不可导。
综上,函数$f(z)=\operatorname{Re}z$在$z$平面上连续但处处不可导。