応用数学入門 第1章 §1.2 ★★★ 与えた u から v を復元し f(z) を書く/非調和なら「存在しない」/1点のみ微分可能なら「正則な領域は無い」
例題 1.1(正則性の判定と共役調和関数 ★★★)
オリジナルu(x,y)=x2−y2 が調和であることを確かめ、f=u+iv が正則になるようなv を求めて f を z の式で表せ。
解答
uxx=2, uyy=−2 より ∇2u=0。調和である。CR より vy=ux=2x、積分して v=2xy+g(x)。もう一方の CR vx=−uy=2y と vx=2y+g′(x) を比べ g′(x)=0、g= 定数。よって v=2xy+C。したがって
f=x2−y2+i(2xy)+iC=(x+iy)2+iC=z2+iC.
u=Re(z2) から出発して f=z2(+虚定数)が復元された。与えられた u から v を CR で積分して z の式に戻すのはよく使う型である。
例題 1.2(CR を満たさない例 ★★)
オリジナルf(z)=zˉ=x−iy が正則でないことを CR で示せ。
解答
u=x, v=−y。ux=1、vy=−1 で ux=vy。CR の第一式が破れるのでどこでも正則でない。実際、h→0 を実軸から取ると hz+h−zˉ=hhˉ=1、虚軸から取ると −1 となり、方向で極限が異なる。複素微分が存在しないことが直接見える。
AI(Claude)が書いた教材を、木下が勉強しながら公開しています。式と数値は検算していますが、誤りが残っているかもしれません。誤りのご指摘・削除のご依頼をいただければ直します。 連絡先:support@tecktom.com