zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Giáo trình Toán học phần 1

Chia sẻ: Phuoc Hau Phuoc Hau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Báo xấu

145
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình n y đ−ợc biên soạn nhằm trang bị các tri thức toán học cốt yếu để l m công cụ học tập v nghiên cứu các môn học chuyên ng nh cho sinh viên các ng nh kỹ thuật thuộc Đại học Đ nẵng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Toán học phần 1

Bïi TuÊn Khang • H m BiÕn Phøc • Ph−¬ng Tr×nh VËt Lý - To¸n §¹i häc § n½ng 2004
Lêi nãi ®Çu Gi¸o tr×nh n y ®−îc biªn so¹n nh»m trang bÞ c¸c tri thøc to¸n häc cèt yÕu ®Ó l m c«ng cô häc tËp v nghiªn cøu c¸c m«n häc chuyªn ng nh cho sinh viªn c¸c ng nh kü thuËt thuéc §¹i häc § n½ng. Néi dung gi¸o tr×nh gåm cã 8 ch−¬ng víi thêi l−îng 60 tiÕt (4 ®¬n vÞ häc tr×nh) ®−îc chia l m hai chuyªn ®Ò nhá. Chuyªn ®Ò H m biÕn phøc gåm 5 ch−¬ng Ch−¬ng 1 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ sè phøc, d y trÞ phøc, h m trÞ phøc v c¸c tËp con cña tËp sè phøc. Ch−¬ng 2 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ h m trÞ phøc, ®¹o h m phøc, c¸c h m gi¶i tÝch s¬ cÊp v phÐp biÕn h×nh b¶o gi¸c. Ch−¬ng 3 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tÝch ph©n phøc, ®Þnh lý tÝch ph©n Cauchy v c¸c hÖ qu¶ cña nã. Ch−¬ng 4 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ chuçi h m phøc, khai triÓn Taylor, khai triÓn Laurent, lý thuyÕt thÆng d− v c¸c øng dông cña nã. Ch−¬ng 5 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n, c¸c tÝnh chÊt, c¸c ph−¬ng ph¸p t×m ¶nh - gèc v c¸c øng dông cña biÕn ®æi Fourier v biÕn ®æi Laplace. Chuyªn ®Ò Ph−¬ng tr×nh vËt lý To¸n gåm cã 3 ch−¬ng Ch−¬ng 6 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ lý thuyÕt tr−êng : Tr−êng v« h−íng, tr−êng vect¬, th«ng l−îng, ho n l−u v to¸n tö vi ph©n cÊp 1. Ch−¬ng 7 C¸c b i to¸n c¬ b¶n cña ph−¬ng tr×nh vËt lý - to¸n, b i to¸n Cauchy v b i to¸n hçn hîp cña ph−¬ng tr×nh truyÒn sãng. Ch−¬ng 8 B i to¸n Cauchy v b i to¸n hçn hîp cña ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt, b i to¸n Dirichlet v b i to¸n Neumann cña ph−¬ng tr×nh Laplace. T¸c gi¶ xin ch©n th nh c¶m ¬n c¸c b¹n ®ång nghiÖp GVC. NguyÔn Trinh, GVC. Lª Phó NghÜa v GVC. TS. Lª Ho ng TrÝ ® d nh thêi gian ®äc b¶n th¶o v cho c¸c ý kiÕn ®ãng gãp ®Ó ho n thiÖn gi¸o tr×nh. Gi¸o tr×nh ®−îc biªn so¹n lÇn ®Çu ch¾c cßn cã nhiÒu thiÕu sãt. RÊt mong nhËn ®−îc ý kiÕn ®ãng gãp cña b¹n ®äc gÇn xa. § n½ng 2004 T¸c gi¶
Ch−¬ng 1 Sè phøc §1. Tr−êng sè phøc • KÝ hiÖu ∀ = 3 × 3 = { (x, y) : x, y ∈ 3 }. Trªn tËp ∀ ®Þnh nghÜa phÐp to¸n céng v phÐp to¸n nh©n nh− sau ∀ (x, y), (x’, y’) ∈ ∀ (x, y) + (x’, y’) = (x + x’, y + y’) (x, y) × (x’, y’) = (xx’ - yy’, xy’ + x’y) (1.1.1) VÝ dô (2, 1) + (-1, 1) = (1, 2) v (2, 1) × (-1, 1) = (-3, 1) §Þnh lý (∀, +, × ) l mét tr−êng sè. Chøng minh KiÓm tra trùc tiÕp c¸c c«ng thøc (1.1.1) PhÐp to¸n céng cã tÝnh giao ho¸n, tÝnh kÕt hîp, cã phÇn tö kh«ng l (0, 0) ∀ (x, y) ∈ ∀, (x, y) + (0, 0) = (x, y) Mäi phÇn tö cã phÇn tö ®èi l -(x, y) = (-x, -y) ∀ (x, y) ∈ ∀, (x, y) + (-x, -y) = (0, 0) PhÐp to¸n nh©n cã tÝnh giao ho¸n, tÝnh kÕt hîp, cã phÇn tö ®¬n vÞ l (1, 0) ∀ (x, y) ∈ ∀, (x, y) × (1, 0) = (x, y) −y Mäi phÇn tö kh¸c kh«ng cã phÇn tö nghÞch ®¶o l (x, y)-1 = ( 2 x 2 , 2 ) x + y x + y2 −y x ∀ (x, y) ∈ ∀ - {(0, 0)}, (x, y) × ( ,2 ) = (1, 0) x + y x + y2 2 2 Ngo i ra phÐp nh©n l ph©n phèi víi phÐp céng • Tr−êng (∀, +, × ) gäi l tr−êng sè phøc, mçi phÇn tö cña ∀ gäi l mét sè phøc. Theo ®Þnh nghÜa trªn mçi sè phøc l mét cÆp hai sè thùc víi c¸c phÐp to¸n thùc hiÖn theo c«ng thøc (1.1.1). Trªn tr−êng sè phøc phÐp trõ, phÐp chia v phÐp luü thõa ®Þnh nghÜa nh− sau. ∀ (n, z, z’) ∈ ∠ × ∀ × ∀* víi ∀* = ∀ - { (0, 0) } z = z × (z’)-1 v z0 = 1, z1 = z v zn = zn-1 × z z - z’ = z + (- z’), (1.1.2) z' • B»ng c¸ch ®ång nhÊt sè thùc x víi sè phøc (x, 0) Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 5
Ch−¬ng 1. Sè Phøc x ≡ (x, 0), 1 ≡ (1, 0) v 0 ≡ (0, 0) tËp sè thùc trë th nh tËp con cña tËp sè phøc. PhÐp céng v phÐp nh©n c¸c sè phøc h¹n chÕ lªn tËp sè thùc trë th nh phÐp céng v phÐp nh©n c¸c sè thùc quen thuéc. x + x’ ≡ (x, 0) + (x’, 0) = (x + x’, 0) ≡ x + x’, ... Ngo i ra trong tËp sè phøc cßn cã c¸c sè kh«ng ph¶i l sè thùc. KÝ hiÖu i = (0, 1) gäi l ®¬n vÞ ¶o. Ta cã i2 = (0, 1) × (0, 1) = (-1, 0) ≡ -1 Suy ra ph−¬ng tr×nh x2 + 1 = 0 cã nghiÖm phøc l x = − 1 ∉ 3. Nh− vËy tr−êng sè thùc (3, +, ×) l mét tr−êng con thùc sù cña tr−êng sè phøc (∀, +, ×). §2. D¹ng ®¹i sè cña sè phøc • Víi mäi sè phøc z = (x, y) ph©n tÝch (x, y) = (x, 0) + (0, y) = x(1, 0) + y(0, 1) §ång nhÊt ®¬n vÞ thùc (1, 0) ≡ 1 v ®¬n vÞ ¶o (0, 1) ≡ i, ta cã z = x + iy (1.2.1) D¹ng viÕt (1.2.1) gäi l d¹ng ®¹i sè cña sè phøc. Sè thùc x = Rez gäi l phÇn thùc, sè thùc y = Imz gäi l phÇn ¶o v sè phøc z = x - iy gäi l liªn hîp phøc cña sè phøc z. KÕt hîp c¸c c«ng thøc (1.1.1) - (1.2.1) suy ra d¹ng ®¹i sè cña c¸c phÐp to¸n sè phøc. (x + iy) + (x’ + iy’) = (x + x’) + i(y + y’) (x + iy) × (x’ + iy’) = (xx’ - yy’) + i(xy’ + x’y) xx ′ + yy ′ x ′y − xy ′ x + iy =2 +i 2 , ... (1.2.2) x ′ + iy ′ x ′ + y′ 2 x ′ + y′ 2 VÝ dô Cho z = 1 + 2i v z’ = 2 - i 1 + 2i z z × z’ = (2 + 2) + i(-1 + 4) = 4 + 3i, = =i 2−i z' z2 = (1 + 2i) × (1 + 2i) = -3 + 5i, z3 = z2 × z = (-3 + 5i) × (1 + 2i) = -13 - i • Tõ ®Þnh nghÜa suy ra z =z ⇔ z∈3 z = - z ⇔ z ∈ i3 z=z z z = Re2z + Im2z z + z = 2Rez z - z = 2iImz (1.2.3) Ngo i ra liªn hîp phøc cßn cã c¸c tÝnh chÊt sau ®©y. §Þnh lý ∀ (n, z, z’) ∈ ∠ × ∀ × ∀ Trang 6 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
Ch−¬ng 1. Sè Phøc z + z' = z + z' 1. z n = (z ) n 2. zz' = z z' z z z −1 = ( z ) −1 = 3. z′ z′ Chøng minh 1. Suy ra tõ ®Þnh nghÜa zz' = (x + iy) × (x ′ + iy ′) = (xx’ - yy’) - i(xy’ + x’y) 2. Ta cã z z' = (x - iy) × (x’ - iy’) = (xx’ - yy’) + i(-xy’ -x’y) Qui n¹p suy ra hÖ thøc thø hai. zz −1 = z z −1 = 1 ⇒ z −1 = ( z )-1 3. Ta cã z / z ′ = z(z ′) −1 = z z ′ −1 Suy ra • Víi mäi sè phøc z = x + iy, sè thùc | z | = x 2 + y 2 gäi l module cña sè phøc z. NÕu z = x ∈ 3 th× | z | = | x |. Nh− vËy module cña sè phøc l më réng tù nhiªn cña kh¸i niÖm trÞ tuyÖt ®èi cña sè thùc. Tõ ®Þnh nghÜa suy ra | Rez |, | Imz | ≤ | z | | z | = | -z | = | z | = | - z | z z = z z = | z |2 z 1 z-1 = 1 2 z = z(z’)-1 = z z' (1.2.4) | z' | 2 z' |z| Ngo i ra module cña sè phøc cßn cã c¸c tÝnh chÊt sau ®©y. §Þnh lý ∀ (n, z, z’) ∈ ∠ × ∀ × ∀ |z|≥0 |z|=0⇔z=0 1. | z z’ | = | z || z’ | | zn | = | z |n 2. z |z| | z-1 | = | z |-1 3. = z′ | z′ | | z + z’ | ≤ | z | + | z’ | || z | - | z’|| ≤ | z - z’ | 4. Chøng minh 1. Suy ra tõ ®Þnh nghÜa | zz’ |2 = zz’ zz' = (z z )(z’ z ′ ) = (| z || z’| )2 2. Ta cã Qui n¹p suy ra hÖ thøc thø hai. | z z-1 | = | z || z-1| = 1 ⇒ | z-1 | = 1 / | z | 3. Ta cã | z / z’ | = | z (z’)-1 | = | z | | (z’)-1 | Suy ra z z ′ + z z’ = 2Re(z z ′ ) ≤ | z z ′  = | z || z’| 4. Ta cã | z + z’ 2 = (z + z’)( z + z' ) =  z 2 + 2Re(z z ′ ) + | z’|2 ≤ (| z | + | z’|)2 Suy ra §3. D¹ng l−îng gi¸c cña sè phøc Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 7
Ch−¬ng 1. Sè Phøc • Víi mäi sè phøc z = x + iy ∈ ∀* tån t¹i duy nhÊt sè thùc ϕ ∈ (-π, π] sao cho y x cosϕ = v sinϕ = (1.3.1) |z| |z| TËp sè thùc Argz = ϕ + k2π, k ∈ 9 gäi l argument, sè thùc argz = ϕ gäi l argument chÝnh cña sè phøc z. Chóng ta qui −íc Arg(0) = 0. KÝ hiÖu r = | z | tõ c«ng thøc (1.3.1) suy ra x = rcosϕ v y = rsinϕ Thay v o c«ng thøc (1.2.1) nhËn ®−îc z = r(cos + isinϕ) (1.3.2) D¹ng viÕt (1.3.2) gäi l d¹ng l−îng gi¸c cña sè phøc. • Tõ ®Þnh nghÜa suy ra argz = ϕ ⇒ arg(-z) = ϕ - π, arg z = - ϕ v arg(- z ) = π - ϕ x < 0, argx = π x > 0, argx = 0 y > 0, arg(iy) = π/2 y < 0, arg(iy) = -π/2 ... (1.3.3) Ngo i ra argument cña sè phøc cßn cã c¸c tÝnh chÊt sau ®©y. §Þnh lý ∀ (n, z, z’) ∈ ∠ × ∀ × ∀ arg(zz’) = argz + argz’ [2π] arg(zn) = n argz [2π] 1. arg(z-1) = - argz [2π] arg(z / z’) = argz - argz’ [2π] 2. Chøng minh 1. Gi¶ sö z = r(cosϕ + isinϕ) v z’ = r’(cosϕ’ + isinϕ’) Suy ra zz’ = rr’[(cosϕcosϕ’ - sinϕsinϕ’) + i(sinϕcosϕ’ + cosϕsinϕ’)] = rr’[cos(ϕ + ϕ’) + isin(ϕ + ϕ’)] Qui n¹p suy ra hÖ thøc thø hai. 2. Ta cã arg(zz-1) = arg(z) + arg(z-1) = 0 [2π] ⇒ arg(z-1) = - arg(z) [2π] Suy ra arg(z / z’) = arg(zz’-1) = argz + arg(z’-1) VÝ dô Cho z = 1 + i v z’ = 1 + 3 i zz’ = [ 2 (cos π + isin π )][2(cos π + isin π )] = 2 2 (cos 5π + isin 5π ) Ta cã 4 4 6 6 12 12 z100 = ( 2 )100[cos(100 π ) + isin(100 π )] = -250 4 4 • Víi mäi sè thùc ϕ ∈ 3, kÝ hiÖu eiϕ = cosϕ + i sinϕ (1.3.4) Trang 8 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
Ch−¬ng 1. Sè Phøc Theo c¸c kÕt qu¶ ë trªn chóng ta cã ®Þnh lý sau ®©y. §Þnh lý ∀ (n, ϕ, ϕ’) ∈ ∠ × 3 × 3 eiϕ ≠ 0 eiϕ = 1 ⇔ ϕ = k2π e iϕ = e-iϕ 1. ei(ϕ+ϕ’) = eiϕeiϕ’ (eiϕ)-1 = e-iϕ (eiϕ)n = einϕ 2. Chøng minh Suy ra tõ c«ng thøc (1.3.4) v c¸c kÕt qu¶ ë trªn HÖ qu¶ ∀ (n, ϕ) ∈ ∠ × 3 (cosϕ + isinϕ)n = cosnϕ + isinnϕ 1. (1.3.5) 1 1 cosϕ = (eiϕ + e-iϕ) sinϕ = (eiϕ - e-iϕ) 2. (1.3.6) 2 2i C«ng thøc (1.3.5) gäi l c«ng thøc Moivre, c«ng thøc (1.3.6) gäi l c«ng thøc Euler. n n ∑ cos kϕ v S = ∑ sin kϕ VÝ dô TÝnh tæng C = k =0 k =0 i ( n +1) ϕ −1 n e ∑e ikϕ Ta cã C + iS = = iϕ e −1 k =0 1 cos( n + 1)ϕ − cos nϕ + cos ϕ − 1 1 sin( n + 1)ϕ − sin nϕ − sin ϕ Suy ra C= v S= cos ϕ − 1 cos ϕ − 1 2 2 • Sè phøc w gäi l c¨n bËc n cña sè phøc z v kÝ hiÖu l w = n z nÕu z = wn NÕu z = 0 th× w = 0 z = reiϕ ≠ 0 v w = ρeiθ XÐt tr−êng hîp wn = ρneinθ = reiϕ Theo ®Þnh nghÜa ρn = r v nθ = ϕ + m2π Suy ra ϕ + m 2π víi m ∈ 9 ρ= n r v θ = Hay n n Ph©n tÝch m = nq + k víi 0 ≤ k < n v q ∈ 9. Ta cã ϕ ϕ + m 2π ≡ + k 2π [2π] n n n n Tõ ®ã suy ra ®Þnh lý sau ®©y. §Þnh lý C¨n bËc n cña sè phøc kh¸c kh«ng cã ®óng n gi¸ trÞ kh¸c nhau ϕ ϕ wk = n r [cos ( + k 2π ) + isin( + k 2π )] víi k = 0 ... (n - 1) (1.3.7) n n n n VÝ dô Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 9
Ch−¬ng 1. Sè Phøc 2 (cos π + isin π ) cã c¸c c¨n bËc 3 sau ®©y 1. Sè phøc z = 1 + i = 4 4 w0 = 6 2 (cos π + isin π ), w1 = 6 2 (cos 9π + isin 9π ), w2 = 6 2 (cos 17π + isin 17π ) 12 12 12 12 12 12 2 2. Gi¶i ph−¬ng tr×nh x - x +1 = 0 1± i 3 Ta cã ∆ = -3 < 0 ph−¬ng tr×nh cã nghiÖm phøc x1,2 = 2 2π ik HÖ qu¶ KÝ hiÖu ωk = e , k = 0...(n - 1) l c¸c c¨n bËc n cña ®¬n vÞ. n n −1 ∑ω ωk = ωn-k ωk = (ω1)k 1. 2. 3. =0 k k =0 2π i = ω1 . Suy ra ω2 = j2 = j v 1 + j + j2 = 0 VÝ dô Víi n = 3, kÝ hiÖu j = e 3 §4. C¸c øng dông h×nh häc ph¼ng • KÝ hiÖu V l mÆt ph¼ng vect¬ víi c¬ së trùc chuÈn d−¬ng (i, j). Anh x¹ Φ : ∀ → V, z = x + iy α v = xi + yj (1.4.1) l mét song ¸nh gäi l biÓu diÔn vect¬ cña sè phøc. Vect¬ v gäi l ¶nh cña sè phøc z, cßn sè phøc z gäi l to¹ vÞ phøc cña vect¬ v v kÝ hiÖu l v(z). KÝ hiÖu P l mÆt ph¼ng ®iÓm víi hÖ to¹ ®é trùc giao (Oxy). Anh x¹ Φ : ∀ → P, z = x + iy α M(x, y) (1.4.2) l mét song ¸nh gäi l biÓu diÔn h×nh häc cña sè phøc. §iÓm M gäi l ¶nh cña sè phøc z cßn sè phøc z gäi l to¹ vÞ phøc cña ®iÓm M v kÝ hiÖu l M(z). Nh− h×nh bªn, M(z) víi z = x + iy, M1(- z ), M2(-z) v M3( z ). M M1 NÕu z = x ∈ 3 th× ®iÓm M(z) ∈ (Ox), cßn nÕu z = iy th× ®iÓm M(z) ∈ (Oy). Do vËy mÆt ph¼ng (Oxy) cßn gäi l mÆt ph¼ng 0 phøc, trôc (Ox) l trôc thùc v trôc (Oy) l trôc ¶o. Sau n y M2 M3 chóng ta sÏ ®ång nhÊt mçi sè phøc víi mét vect¬ hay mét ®iÓm trong mÆt ph¼ng v ng−îc l¹i. §Þnh lý Cho c¸c vect¬ u(a), v(b) ∈ V, sè thùc λ ∈ 3 v ®iÓm M(z) ∈ P |u|=|a| ∠(i, u) = arg(a) Φ(λa + b) = λu + v 1. | OM | = | z | ∠(i, OM ) = arg(z) 2. Chøng minh Trang 10 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
Ch−¬ng 1. Sè Phøc Suy ra tõ c¸c c«ng thøc (1.4.1) v (1.4.2) HÖ qu¶ 1 Trong mÆt ph¼ng cho c¸c ®iÓm A(a), B(b), C(c) v D(d) AB (b - a), AB = | b - a |, ∠(i, AB ) = arg(b - a) 1. d−c ∠( AB , CD ) = ∠(i, CD ) - ∠(i, AB ) = arg 2. b−a Chøng minh Suy ra tõ ®Þnh lý 1 1 1 VÝ dô Cho z ∈ ∀ - {-1, 0, 1} v A(1), B(-1), M(z), N( ) v P( (z + )). Chøng minh z z 2 r»ng ®−êng th¼ng (MN) l ph©n gi¸c cña gãc ∠( PA , PB ). (z − 1) 2 1 1 M Ta cã ∠(i, AP ) = arg( (z + ) - 1) = arg 2z 2 z P (z + 1) 2 1 1 ∠(i, BP ) = arg( (z + ) + 1) = arg O A B 2z 2 z N Suy ra (z − 1) 2 (z + 1) 2 1 ∠(i, AP ) + ∠(i, BP ) = arg = 2arg(z - ) = 2∠(i, MN ) 2z 2z z HÖ qu¶ 2 Víi c¸c kÝ hiÖu nh− trªn d−c d−c ⇔ arg = 0 [π] ⇔ ∈3 1. Hai ®−êng th¼ng (AB) // (CD) b−a b−a d−c π d−c 2. Hai ®−êng th¼ng (AB) ⊥ (CD) ⇔ arg = [π] ⇔ ∈ i3 b−a b−a 2 c−a c−a ⇔ arg = 0 [π] ⇔ ∈3 3. Ba ®iÓm A, B, C th¼ng h ng b−a b−a Chøng minh Suy ra tõ c¸c hÖ thøc hÖ qu¶ 1 VÝ dô Trong mÆt ph¼ng t×m ®iÓm A(z) sao cho ba ®iÓm A(z), B(iz) v C(i) th¼ng h ng KÝ hiÖu z = x + iy, ta cã iz − i A, B, C th¼ng h ng ⇔ = k ∈ 3 ⇔ -y + i(x - 1) = (kx) + ik(y - 1) z−i 1− k k ( k − 1) ⇔ − y = kx x − 1 = k (y − 1) ⇔ x = 2 víi k ∈ 3 ,y= 2 k +1 k +1  • ¸nh x¹ Φ : P → P, M α N gäi l mét phÐp biÕn h×nh Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 11
Ch−¬ng 1. Sè Phøc PhÐp biÕn h×nh M α N = M + v gäi l phÐp tÜnh tiÕn theo vect¬ v PhÐp biÕn h×nh M α N = A + k AM (k > 0) gäi l phÐp vi tù t©m A, hÖ sè k PhÐp biÕn h×nh M α N sao cho ∠( AM , AN ) = α gäi l phÐp quay t©m A, gãc α TÝch cña phÐp tÜnh tiÕn, phÐp vi tù v phÐp quay gäi l phÐp ®ång d¹ng. §Þnh lý Cho phÐp biÕn h×nh Φ : M α N 1. PhÐp biÕn h×nh Φ l phÐp tÜnh tiÕn ⇔ z’ = z + b víi b ∈ ∀ 2. PhÐp biÕn h×nh Φ l phÐp vi tù ⇔ z’ = a + k(z - a) víi k ∈ 3+, a ∈ ∀ ⇔ z’ = a + eiα(z - a) víi α ∈ 3, a ∈ ∀ 3. PhÐp biÕn h×nh Φ l phÐp quay 4. PhÐp biÕn h×nh Φ l phÐp ®ång d¹ng ⇔ z’ = az + b víi a, b ∈ ∀ Chøng minh Suy ra tõ ®Þnh nghÜa c¸c phÐp biÕn h×nh v to¹ vi phøc. VÝ dô Cho A(a), B(b) v C(c). T×m ®iÒu kiÖn cÇn v ®ñ ®Ó ∆ABC l tam gi¸c ®Òu π i A ∆ABC l tam gi¸c ®Òu thuËn ⇔ (a - b) = e 3 (c - b) ⇔ (a - b) = - j2(c - b) ⇔ a + jb + j2c = 0 T−¬ng tù, ∆ACB l tam gi¸c ®Òu nghÞch +π 3 ⇔ (a - b) = - j(c - b) ⇔ a + jc + j2b = 0 B C Suy ra ∆ABC l tam gi¸c ®Òu ⇔ (a + jb + j2c)(a + jc + j2b) = 0 ⇔ a2 + b2 + c2 = ab + bc + ca §5. D y trÞ phøc • ¸nh x¹ ϕ : ∠ → ∀, n α zn = xn + iyn (1.5.1) gäi l d y sè phøc v kÝ hiÖu l (zn)n∈∠. D y sè thùc (xn)n∈∠ gäi l phÇn thùc, d y sè thùc (yn)n∈∠ l phÇn ¶o, d y sè thùc d−¬ng (| zn |)n∈∠ l module, d y sè phøc ( z n )n∈∠ l liªn hîp phøc cña d y sè phøc. D y sè phøc (zn)n∈∠ gäi l dÇn ®Õn giíi h¹n a v kÝ hiÖu l lim zn = a nÕu n → +∞ ∀ ε > 0, ∃ N ∈ ∠ : ∀ n > N ⇒ | zn - a | < ε lim zn = ∞ nÕu D y sè phøc (zn)n∈∠ gäi l dÇn ra v« h¹n v kÝ hiÖu l n → +∞ ∀ M > 0, ∃ N ∈ ∠ : ∀ n > N ⇒ | zn | > M D y cã giíi h¹n module h÷u h¹n gäi l d y héi tô. D y kh«ng héi tô gäi l d y ph©n kú. Trang 12 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
Ch−¬ng 1. Sè Phøc §Þnh lý Cho d y sè phøc (zn = xn + iyn)n∈∠ v a = α + iβ ∈ ∀ lim zn = a ⇔ lim xn = α v lim yn = β (1.5.2) n → +∞ n → +∞ n → +∞ Chøng minh Gi¶ sö lim zn = a ⇔ ∀ ε > 0, ∃ N ∈ ∠ : ∀ n > N ⇒ | zn - a | < ε n → +∞ ⇒ ∀ n > N ⇒ | x n - α | < ε v | yn - β | < ε lim xn = α v lim yn = β Suy ra n → +∞ n → +∞ Ng−îc l¹i lim xn = α v lim yn = β n → +∞ n → +∞ ⇔ ∀ ε > 0, ∃ N ∈ ∠ : ∀ n > N ⇒ | xn - α | < ε/2 v | yn - β | < ε/2 ⇒ ∀ n > N ⇒ | zn - a | < ε Suy ra lim zn = a n → +∞ HÖ qu¶ lim zn = a ⇔ lim z n = a ⇒ lim | zn | = | a | 1. n → +∞ n → +∞ n → +∞ lim (λzn + z’n) = λ lim zn + lim z’n 2. n → +∞ n → +∞ n → +∞ lim (zn z’n) = lim zn lim z’n v lim (zn / z’n) = lim zn / lim z’n n → +∞ n → +∞ n → +∞ n → +∞ n → +∞ n → +∞ 3. C¸c tÝnh chÊt kh¸c t−¬ng tù giíi h¹n d y sè thùc • Cho d y sè phøc (zn = xn + iyn)n∈∠ . Tæng v« h¹n +∞ ∑z = z0 + z1 + .... + zn + ... (1.5.3) n n =0 gäi l chuçi sè phøc. +∞ +∞ ∑ x n gäi l phÇn thùc, chuçi sè thùc ∑y l phÇn ¶o, chuçi sè thùc Chuçi sè thùc n n =0 n =0 +∞ +∞ ∑ | z n | l module, chuçi sè phøc ∑z l liªn hîp phøc cña chuçi sè phøc. d−¬ng n n =0 n =0 n ∑z gäi l tæng riªng thø n cña chuçi sè phøc. NÕu d y tæng riªng Sn dÇn KÝ hiÖu Sn = k k =0 ®Õn giíi h¹n S cã module h÷u h¹n th× chuçi sè phøc gäi l héi tô ®Õn tæng S v kÝ hiÖu l +∞ ∑z = S. Chuçi kh«ng héi tô gäi l chuçi ph©n kú. n n =0 +∞ ∑z = 1 + z + ... + zn + ... ( | z | < 1) n VÝ dô XÐt chuçi sè phøc n =0 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 13
Ch−¬ng 1. Sè Phøc z n +1 − 1 1 → Sn = 1 + z + ... + zn = Ta cã +∞ z −1 1− z VËy chuçi ® cho héi tô. Tõ ®Þnh nghÜa chuçi sè phøc v c¸c tÝnh chÊt cña d y sè phøc, cña chuçi sè thùc suy ra c¸c kÕt qu¶ sau ®©y. +∞ ∑ (z = x n + iy n ) v S = α + iβ ∈ ∀ §Þnh lý Cho chuçi sè phøc n n =0 +∞ +∞ +∞ ∑ zn = S ⇔ ∑xn = α v ∑y =β (1.5.4) n n =0 n =0 n =0 Chøng minh Suy ra tõ c¸c ®Þnh nghÜa v c«ng thøc (1.5.2) HÖ qu¶ +∞ +∞ +∞ ∑| zn | = | S | ⇒ ∑ zn = S ⇔ ∑z 1. =S n n =0 n =0 n =0 2. C¸c tÝnh chÊt kh¸c t−¬ng tù chuçi sè thùc +∞ +∞ ∑ z n gäi l héi tô tuyÖt ®èi nÕu chuçi module ∑| z • Chuçi sè phøc | héi tô. Râ r ng n n =0 n =0 chuçi héi tô tuyÖt ®èi l chuçi héi tô. Tuy nhiªn ®iÒu ng−îc l¹i nãi chung l kh«ng ®óng. Ngo i ra, cã thÓ chøng minh r»ng chØ khi chuçi sè phøc héi tô tuyÖt ®èi th× tæng v« h¹n (1.5.3) míi cã c¸c tÝnh chÊt giao ho¸n, kÕt hîp, ... t−¬ng tù nh− tæng h÷u h¹n. §6. H m trÞ phøc • Cho kho¶ng I ⊂ 3, ¸nh x¹ f : I → ∀, t α f(t) = u(t) + iv(t) (1.6.1) gäi l h m trÞ phøc. H m u(t) = Ref(t) gäi l phÇn thùc, h m v(t) = Imf(t) l phÇn ¶o, h m | f(t) | l module, h m f (t ) l liªn hîp phøc cña h m trÞ phøc. Trªn tËp f(I, ∀) c¸c h m trÞ phøc x¸c ®Þnh trªn kho¶ng I, chóng ta ®Þnh nghÜa c¸c phÐp to¸n ®¹i sè t−¬ng tù nh− trªn tËp f(I, 3) c¸c h m trÞ thùc x¸c ®Þnh trªn kho¶ngI. H m trÞ phøc f(t) gäi l bÞ chÆn nÕu h m module | f(t) | bÞ chÆn. Cho h m f : I → ∀ v α ∈ I . H m f gäi l dÇn ®Õn giíi h¹n L khi t dÇn ®Õn α v kÝ Trang 14 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
Ch−¬ng 1. Sè Phøc hiÖu l lim f(t) = l nÕu t →α ∀ε > 0, ∃ δ > 0 : ∀ t ∈ I, 0 < | t - α | < δ ⇒ | f(t) - L | < ε H m f gäi l dÇn ra v« h¹n khi t dÇn ®Õn α v kÝ hiÖu l lim f(t) = ∞ nÕu t →α ∀ M > 0, ∃ δ > 0 : ∀ t ∈ I, 0 < | t - α | < δ ⇒ | f(t) | > M C¸c tr−êng hîp kh¸c ®Þnh nghÜa t−¬ng tù. §Þnh lý Cho h m f : I → ∀, t α f(t) = u(t) + iv(t), α ∈ I v L = l + ik ∈ ∀ lim f(t) = L ⇔ lim u(t) = l v lim v(t) = k (1.6.2) t →α t →α t →α Chøng minh LËp luËn t−¬ng tù nh− chøng minh c«ng thøc (1.5.2) HÖ qu¶ lim f(t) = L ⇔ lim f (t ) = L ⇒ lim | f(t) | = | L | 1. t →α t →α t →α lim [λf(t) + g(t)] = λ lim f(t) + lim g(t) 2. t →α t →α t →α lim [f(t)g(t)] = lim f(t) lim g(t), lim [f(t) / g(t)] = lim f(t) / lim g(t) t →α t →α t →α t →α t →α t →α 3. C¸c tÝnh chÊt kh¸c t−¬ng tù giíi h¹n h m trÞ thùc • Tõ c¸c kÕt qu¶ trªn thÊy r»ng, c¸c tÝnh chÊt cña h m trÞ thùc ®−îc më réng tù nhiªn th«ng qua phÇn thùc, phÇn ¶o cho h m trÞ phøc. H m f(t) = u(t) + iv(t) gäi l kh¶ tÝch (liªn tôc, cã ®¹o h m, thuéc líp Ck, ...) nÕu c¸c h m u(t) v v(t) l kh¶ tÝch (liªn tôc, cã ®¹o h m, thuéc líp Ck, ... ) v ta cã ∫ f (t )dt = ∫ u(t )dt + i ∫ v (t )dt I I I (k) (k) (k) f (t) = u (t) + iv (t) , ... (1.6.3) H m f(t) gäi l kh¶ tÝch tuyÖt ®èi nÕu h m module | f(t) | kh¶ tÝch. Trªn tËp sè phøc kh«ng ®Þnh nghÜa quan hÖ thø tù v do vËy c¸c tÝnh chÊt liªn quan ®Õn thø tù cña f(t) ®−îc chuyÓn qua cho module | f(t) |. VÝ dô Cho h m trÞ phøc f(t) = cost + isint cã phÇn thùc x(t) = cost phÇn ¶o y(t) = sint l h m thuéc líp C∞ suy ra h m f(t) thuéc líp C∞ f’(t) = - sint + icost, f”(t) = - cost - isint, ... π/2 π/2 π/2 ∫ (cos t + i sin t)dt = ∫ cos tdt + i ∫ sin tdt =1+i 0 0 0 • ¸nh x¹ γ : [α, β] → ∀, t α γ(t) (1.6.4) Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 15
Ch−¬ng 1. Sè Phøc gäi l mét tham sè cung. TËp ®iÓm Γ = γ([α, β]) gäi l quÜ ®¹o cña tham sè cung γ hay cßn gäi l mét ®−êng cong ph¼ng. Ph−¬ng tr×nh γ(t) = x(t) + iy(t), t ∈ [α, β] gäi l ph−¬ng tr×nh tham sè cña ®−êng cong ph¼ng Γ. Tham sè cung γ gäi l kÝn nÕu ®iÓm ®Çu v ®iÓm cuèi trïng nhau. Tøc l γ(α) = γ(β) Tham sè cung γ gäi l ®¬n nÕu ¸nh x¹ γ : (α, β) → ∀ l mét ®¬n ¸nh. Tham sè cung γ gäi l liªn tôc (tr¬n tõng khóc, thuéc líp Ck, ...) nÕu h m γ (t) l liªn tôc (cã ®¹o h m liªn tôc tõng khóc, thuéc líp Ck, ...) trªn [α, β]. Sau n y chóng ta chØ xÐt c¸c tham sè cung tõ liªn tôc trë lªn. • ¸nh x¹ ϕ : [α, β] → [α1, β1], t α s = ϕ(t) (1.6.5) cã ®¹o h m liªn tôc v kh¸c kh«ng gäi l mét phÐp ®æi tham sè. NÕu víi mäi t ∈ (α, β) ®¹o h m ϕ’(t) > 0 th× phÐp ®æi tham sè gäi l b¶o to n h−íng, tr¸i l¹i gäi l ®æi h−íng. Hai tham sè cung γ : [α, β] → ∀ v γ1 : [α1, β1] → ∀ gäi l t−¬ng ®−¬ng nÕu cã phÐp ®æi tham sè ϕ : [α, β] → [α1, β1] sao cho ∀ t ∈ [α, β], γ(t) = γ1oϕ(t) NÕu ϕ b¶o to n h−íng th× γ v γ1 gäi l cïng h−íng, tr¸i l¹i gäi l ng−îc h−íng. Cã thÓ thÊy r»ng qua hÖ cïng h−íng l mét quan hÖ t−¬ng ®−¬ng theo nghÜa tæng qu¸t. Nã ph©n chia tËp c¸c tham sè cung cã cïng quÜ ®¹o Γ th nh hai líp t−¬ng ®−¬ng. Mét líp cïng h−íng víi γ cßn líp kia ng−îc h−íng víi γ. §−êng cong ph¼ng Γ = γ([α, β]) cïng víi líp c¸c tham sè cung cïng h−íng gäi l mét ®−êng cong ®Þnh h−íng. Còng cÇn l−u ý r»ng cïng mét tËp ®iÓm Γ cã thÓ l quÜ ®¹o cña nhiÒu ®−êng cong ®Þnh h−íng kh¸c nhau. Sau n y khi nãi ®Õn ®−êng cong chóng ta hiÓu ®ã l ®−êng cong ®Þnh h−íng. VÝ dô Tham sè cung x(t) = Rcost, y(t) = Rsint, t ∈ [0, 2π] l ®¬n, tr¬n, kÝn v cã quÜ ®¹o l ®−êng trßn t©m t¹i gèc to¹ ®é, b¸n kÝnh R v ®Þnh h−íng ng−îc chiÒu kim ®ång hå. • §−êng cong Γ gäi l ®¬n (kÝn, liªn tôc, tr¬n tõng khóc, líp Ck, ... ) nÕu tham sè cung γ l ®¬n (kÝn, liªn tôc, tr¬n tõng khóc, líp Ck, ...). §−êng cong Γ gäi l ®o ®−îc nÕu tham sè cung γ cã ®¹o h m kh¶ tÝch tuyÖt ®èi trªn [α, β]. Khi ®ã kÝ hiÖu β x ′ 2 (t ) + y ′ 2 (t )dt ∫ s(Γ) = (1.6.6) α v gäi l ®é d i cña ®−êng cong Γ. Cã thÓ chøng minh r»ng ®−êng cong ®¬n, tr¬n tõng khóc l ®o ®−îc. §7. TËp con cña tËp sè phøc Trang 16 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
Ch−¬ng 1. Sè Phøc • Cho a ∈ ∀ v ε > 0. H×nh trßn B(a, ε) = {z ∈ ∀ : | z - a | < ε } gäi b l ε - l©n cËn cña ®iÓm a. Cho tËp D ⊂ ∀, ®iÓm a gäi l ®iÓm trong cña tËp D nÕu ∃ ε > 0 sao cho B(a, ε) ⊂ D. §iÓm b gäi l ®iÓm biªn D a cña tËp D nÕu ∀ ε > 0, B(b, ε) ∩ D ≠ ∅ v B(b, ε) ∩ (∀ - D) ≠ ∅. KÝ hiÖu D0 l tËp hîp c¸c ®iÓm trong, ∂D l tËp hîp c¸c ®iÓm biªn v D = D ∪ ∂D l bao ®ãng cña tËp D. Râ r ng ta cã D0 ⊂ D ⊂ D (1.7.1) TËp D gäi l tËp më nÕu D = D0, tËp D gäi l tËp ®ãng nÕu D = D . TËp A ⊂ D gäi l më (®ãng) trong tËp D nÕu tËp A ∩ D l tËp më (®ãng). VÝ dô H×nh trßn më B(a, ε) = { z ∈ ∀ : | z - a | < ε } l tËp më. H×nh trßn ®ãng B (a, ε) = { z ∈ ∀ : | z - a | ≤ ε } l tËp ®ãng TËp D = { z = x + iy ∈ ∀ : x > 0, y ≥ 0 } l tËp kh«ng ®ãng v còng kh«ng më. §Þnh lý TËp më, tËp ®ãng cã c¸c tÝnh chÊt sau ®©y. 1. TËp ∅ v ∀ l tËp më 2. TËp D l tËp më khi v chØ khi ∀ a ∈ D, ∃ B(a, ε) ⊂ D 3. NÕu c¸c tËp D v E l tËp më th× c¸c tËp D ∩ E v D ∪ E còng l tËp më 4. TËp D l tËp më khi v chØ khi tËp ∀ - D l tËp ®ãng 5. TËp D l tËp ®ãng khi v chØ khi ∀ (zn)n∈∠ ⊂ D v lim zn = a th× a ∈ D n → +∞ Chøng minh 1. - 3. Suy ra tõ ®Þnh nghÜa tËp më 4. Theo ®Þnh nghÜa ®iÓm biªn ∂D = ∂(∀ - D) Theo ®Þnh nghÜa tËp më, tËp ®ãng tËp D më ⇔ ∂D ⊄ D ⇔ ∂D ⊂ ∀ - D ⇔ tËp ∀ - D ®ãng 5. Gi¶ sö tËp D l tËp ®ãng v d y sè phøc zn héi tô trong D ®Õn ®iÓm a. Khi ®ã ∀ ε > 0, ∃ zn ∈ B(a, ε) ⇒ B(a, ε) ∩ D ≠ ∅ ⇒ a ∈ D = D Ng−îc l¹i, víi mäi a ∈ ∂D theo ®Þnh nghÜa ®iÓm biªn ∀ ε = 1/n, ∃ zn ∈ B(a, ε) ∩ D ⇒ ∃ zn → a Theo gi¶ thiÕt a ∈ D suy ra ∂D ⊂ D. • TËp D gäi l giíi néi nÕu ∃ R > 0 sao cho D ⊂ B(O, R). TËp ®ãng v giíi néi gäi l tËp compact. Cho c¸c tËp D, E ⊂ ∀, kÝ hiÖu d(D, E) = Inf{ | a - b | : (a, b) ∈ D × E } (1.7.2) gäi l kho¶ng c¸ch gi÷a hai tËp D v E. §Þnh lý Cho c¸c tËp D, E ⊂ ∀ 1. TËp D l tËp compact khi v chØ khi ∀ (zn)n∈∠ ⊂ D, ∃ d y con zϕ(n) → a ∈ D Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 17
Ch−¬ng 1. Sè Phøc 2. NÕu tËp D l tËp compact v tËp E ⊂ D l ®ãng trong D th× tËp E l tËp compact 3. NÕu c¸c tËp D, E l tËp compact v D ∩ E = ∅ th× d(D, E) > 0 +∞ Ι 4. NÕu tËp D l tËp compact v ∀ n ∈ ∠, Dn ⊂ D ®ãng, Dn+1 ⊂ Dn th× Dn = a ∈ D n=0 Chøng minh 1. Gi¶ sö tËp D l tËp compact. Do tËp D bÞ chÆn nªn d y (zn)n∈∠ l d y cã module bÞ chÆn. Suy ra d y sè thùc (xn)n∈∠ v (yn)n∈∠ l d y bÞ chÆn. Theo tÝnh chÊt cña d y sè thùc ∃ xϕ(n) → α v yϕ(n) → β suy ra zϕ(n) → a = α + iβ. Do tËp D l tËp ®ãng nªn a ∈ D. Ng−îc l¹i, do mäi d y zn → a ∈ D nªn tËp D l tËp ®ãng. NÕu D kh«ng bÞ chÆn th× cã d y zn → ∞ kh«ng cã d y con héi tô. V× vËy tËp D l tËp ®ãng v bÞ chÆn. 2. - 4. B¹n ®äc tù chøng minh • Cho a, b ∈ ∀, tËp [a, b] = {(1 - t)a + tb : t ∈ [0, 1]} l ®o¹n th¼ng nèi hai ®iÓm a v b. Hîp cña c¸c ®o¹n th¼ng [a0, a1], [a1, a2], ..., [an-1, an] gäi l ®−êng gÊp khóc qua n +1 ®Ønh v kÝ hiÖu l < a0, a1, ..., an >. TËp D gäi l tËp låi nÕu ∀ (a, b) ∈ D2, [a, b] ⊂ D. TËp D gäi l tËp liªn th«ng ®−êng nÕu ∀ (a, b) ∈ D2, cã ®−êng cong Γ nèi ®iÓm a víi ®iÓm b v n»m gän trong tËp D. TÊt nhiªn tËp låi l tËp liªn th«ng ®−êng nh−ng ng−îc l¹i kh«ng ®óng. TËp D gäi l tËp liªn th«ng nÕu ph©n tÝch D = A ∪ B víi A ∩ B = ∅ v c¸c tËp A, B võa më v võa ®ãng trong D th× hoÆc A = D hoÆc B = D. TËp D më (hoÆc ®ãng) v liªn th«ng gäi l mét miÒn. §Þnh lý Trong tËp sè phøc c¸c tÝnh chÊt sau ®©y l t−¬ng ®−¬ng. 1. TËp D l liªn th«ng 2. ∀ (a, b) ∈ D2, cã ®−êng gÊp khóc < a0 = a, a1, ..., an = b > ⊂ D 3. TËp D l liªn th«ng ®−êng Chøng minh 1. ⇒ 2. ∀ a ∈ D, ®Æt A = {z ∈ D : ∃ ®−êng gÊp khóc ⊂ D}. TËp A võa l tËp më võa l tËp ®ãng trong tËp D v A ≠ ∅ nªn A = D 2. ⇒ 3. Theo ®Þnh nghÜa liªn th«ng ®−êng 3. ⇒ 1. Gi¶ sö ng−îc l¹i tËp D kh«ng liªn th«ng. Khi ®ã D = A ∪ B víi A ∩ B = ∅ v c¸c tËp A, B võa më võa ®ãng trong D. Chän (a, b) ∈ A × B, theo gi¶ thiÕt cã ®−êng cong (a, b) n»m gän trong D. Chia ®«i ®−êng cong (a, b) b»ng ®iÓm c. NÕu c ∈ A xÐt ®−êng cong (a1 = c, b1 = b), cßn nÕu c ∈ B xÐt ®−êng cong (a1 = a, b1 = c). TiÕp tôc chia ®«i ®−êng cong chóng ta nhËn ®−îc d y th¾t l¹i an , bn → c ∈ A ∩ B. Tr¸i víi gi¶ thiÕt A ∩ B = ∅. • Cho tËp D ⊂ ∀ bÊt k×. Hai ®iÓm a, b ∈ D gäi l liªn th«ng, kÝ hiÖu l a ~ b nÕu cã ®−êng cong nèi a víi b v n»m gän trong D. Cã thÓ chøng minh r»ng quan hÖ liªn th«ng Trang 18 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.