SYSTEMATIC MATHEMATICS

复分析

本课程分为 9 个按内容定长的单元,共有 38 个可直接学习的知识章节。课程先把复数当作平面上的点;每个新符号进入公式前,都先翻译成距离、角度、方向或局部变化。课程从“函数沿任何方向都必须得到同一个导数,会发生什么”开始,再经 Wirtinger 导数、曲线积分、Cauchy 理论、幂级数与 Laurent 级数、零点、奇点值域、映射及实积分围道逐步回答。Riemann 球面、绕数、根的绕行多值性、Morera 逆定理、Taylor 半径、Casorati–Weierstrass 稠密性、无穷远留数、开映射与局部反函数、Schwarz 引理及 Jordan 衰减,补上短篇围道技巧课常隐藏的缺口。每个定理都写明定义域与假设;每个积分都记录路径、方向、极点、分支与估计;每个公式后都有可手算核验的例子与失效边界。

本课程之前: 已完成微积分与实分析。课程假设掌握实与多元导数、数列级数、一致收敛、实线与平面中的紧致和连通、Riemann 积分、反常积分、Taylor 余项推理及量化极限证明。复数运算与极形式在使用前重建。课程不假设拓扑课程、测度论、微分方程、数值软件、物理变换课程或先前曲线积分。

COURSE FACTSLevel, chapters, units, prerequisite, and outcome
第 1 章

直角与极形式编码代数和几何

目标: 为什么“直角与极形式编码代数和几何”中的定理不能直接套到这个相邻情形:辐角全局多值;在原点周围把 arg z 写成单值连续函数需要支割线。?指出最先失效的假设。

复数 z=x+iy 是 R² 中的点/向量,乘法会相加角度并相乘模。

对象与符号:对 z=x+iy,共轭 z̄=x−iy、模 |z|=√(x²+y²),非零 z=re^{iθ},θ 模 2π 定义。 本节要建立的结论是:|zw|=|z||w|,辐角模 2π 相加;z≠0 时 z^{-1}=z̄/|z|²。 每个公式都要放在所述定义域与分支上读,并保留曲线方向与奇点。

例题是:用主辐角写 −1+i√3 的极形式。 先“模为 √(1+3)=2。”,最后“所以 z=2e^{2πi/3};全部辐角为 2π/3+2πk。”。再把答案与这个相邻失败情形比较:辐角全局多值;在原点周围把 arg z 写成单值连续函数需要支割线。

|zw|=|z||w|,辐角模 2π 相加;z≠0 时 z^{-1}=z̄/|z|²。

展开 zw 并计算模平方。

因式分解为 (x²+y²)(u²+v²)。

使用 Euler 形式识别角度相加与逆元。

用主辐角写 −1+i√3 的极形式。

  1. 模为 √(1+3)=2。
  2. 点在第二象限,角为 2π/3。
  3. 所以 z=2e^{2πi/3};全部辐角为 2π/3+2πk。

结果: 主极形式为 2e^{2πi/3}。