20. Логарифмическая функция комплексного переменного
Определение 4.4. Соответствие, обратное показательной функции называется многозначной логарифмической функцией.
Разрешив уравнение (4.21)
относительно , получим формулу для определения значений многозначной логарифмической функции: представим в показательной форме , где – одно из значений , например, – главное значение аргумента , и представив в виде получим равенство . Отсюда получим
, , , , ,
так как два комплексных выражения равны между собой тогда и только тогда, когда равны модули этих выражений, а аргументы отличаются на число, кратное . Итак имеем
или –
– соответствие, обратное показательной функции . Это соответствие обозначаем символом . Итак, по определению
, , (4.22)
Полагая в формуле (4.22) , получим ряд однозначных функций:
;
;
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эти функции называются однозначными ветвями многозначной логарифмической функции .
Для однозначной ветви вводят специальный символ , т.е. полагают или что тоже самое .
Эту ветвь называют главной ветвью логарифмической многозначной функции.
Каждая ветвь логарифмической функции является функцией обратной для сужения показательной функции на некоторую горизонтальную полосу шириной 271.
Например, – функция обратная для сужения функции на полосу . В самом деле, функция однолистна в указанной полосе, а следовательно существует для этой функции в указанной полосе обратная однозначная функция. Формулу для определения значений этой функции получим, если разрешим относительно уравнение: при условии .
Решения этого уравнения получены, все они содержатся в формуле
, , . (4.23)
Условию удовлетворяет функция ,
получаемая из формулы (4.23) при так как здесь , .
Итак, – функция обратная для сужения функции на полосу .
Функция аналитична при , как функция обратная для аналитической функции , а ее производная
Другие однозначные ветви логарифмической функции отличаются от главной ветви на постоянные вида а следовательно их производные совпадают с производной функции .
Этот факт условно записывают так
Точка — особая точка для логарифмической многозначной функции. Эту точку называют точкой ветвления многозначной функции .
Значения многозначной логарифмической функции при
называются логарифмами комплексного числа и, как мы показали, решая уравнение (смотри свойства показательной функции), эти логарифмы определены для любого комплексного числа и вычисляются при помощи формулы
Свойства логарифмов комплексных чисел.
1. . В самом деле,
2. Аналогичным образом доказывается, что
3. Имеет место следующее соотношение
Действительно
.
Здесь — произвольные, не зависящие друг от друга, целые числа, и их сумма - произвольное целое число .
Обратим внимание на следующие три случая.
1) Пусть — положительное действительное число. Тогда
В этом случае имеет бесконечное множество значений, однако лишь одно из них является действительным. Это , т.е. то значение логарифма, которое известно из элементарной алгебры.
2) Пусть — отрицательное действительное число. Тогда имеем
В этом случае среди бесконечного множества значений нет ни одного действительного.
Пусть Тогда
В этом случае все значения логарифма являются чисто мнимыми.
- 1. Комплексные числа
- 2. Геометрическая интерпретация комплексных чисел и основных операций над ними
- 3. Тригонометрическая и показательная форма комплексного числа
- 4. Комплексной функции комплексного переменного
- 5. Действительная и мнимая части комплексной функции
- 6. Метризация комплексной плоскости. Последовательности комплексных чисел и их пределы
- 7. Предел комплексных функций
- 8.Непрерывность комплексных функций
- 9. Моногенность комплексных функций
- 10. Производная
- 11. Аналитические функции
- 12. Геометрический смысл модуля и аргумента производной
- 13. Конформные отображения
- 14. Линейная функция
- 15. Степенная функция с натуральным показателем
- 16. Показательная функция
- 17. Отображения, осуществляемые показательной функцией
- 18. Тригонометрические функции комплексного переменного
- 19. Гиперболические функции комплексного переменного
- 20. Логарифмическая функция комплексного переменного
- 21. Обратные тригонометрические функции
- 22. Интегрирование комплексных функций
- Если интегрирование по замкнутой кривой проводится в направлении противоположном рассматриваемому ("по часовой стрелке") , то для обозначения интеграла употребляют символы.
- 23. Теорема Коши для односвязной области
- 24. Первообразная. Аналог формулы Ньютона-Лейбница для комплексных функций
- 25. Теорема Коши для многосвязной области
- 26. Формула Коши
- 27. Бесконечная дифференцируемость аналитической функции
- 28. Теорема Лиувилля. Основная теорема алгебры
- 30. Числовые комплексные ряды
- 31. Функциональные комплексные ряды
- 32. Степенные комплексные ряды
- 33. Разложение аналитической функции в степенной ряд Тейлора