TW2040: Complexe Functietheorie

Vergelijkbare documenten
TW2040: Complexe Functietheorie

TW2040: Complexe Functietheorie

TW2040: Complexe Functietheorie

TW2040: Complexe Functietheorie

TW2040: Complexe Functietheorie

TW2040: Complexe Functietheorie

TW2040: Complexe Functietheorie

TW2040: Complexe Functietheorie

TW2040: Complexe Functietheorie

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica Tentamen Functietheorie (2Y480) op 22 november 1999,

Bestaat er dan toch een wortel uit 1?

4 + 3i 4 3i (7 + 24i)(4 3i) 4 + 3i

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Functietheorie (2Y480) op 23 januari 2002,

Examen Complexe Analyse (September 2008)

Complexe e-macht en complexe polynomen

Aanvulling bij de cursus Calculus 1. Complexe getallen

Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Calculus 1 NWI-NP003B 4 januari 2013,

Les 1 Kwadraat afsplitsen en Verzamelingen

TENTAMEN ANALYSE 1. dinsdag 3 april 2007,

16.0 Voorkennis. Voorbeeld 1: Los op in 2x + 3i = 5x + 6i -3x = 3i x = -i

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Uitwerking van het tentamen Functietheorie (2Y480) op ,

wiskunde B pilot vwo 2017-II

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Uitwerking Tentamen Calculus, 2DM10, maandag 22 januari 2007

1 WAAM - Differentiaalvergelijkingen

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Functietheorie (2Y480) op 25 november 1998, uur.

Vectoranalyse voor TG

tentamen Analyse (deel 3) wi TH 21 juni 2006, uur

6 Complexe getallen. 6.1 Definitie WIS6 1

Vectoranalyse voor TG

Aanvulling aansluitingscursus wiskunde. A.C.M. Ran

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN

4051CALC1Y Calculus 1

Tentamen Analyse 4. Maandag 16 juni 2008, uur

Tentamen Analyse 4 (wi2602) 17 juni 2011, uur. ) (1 gratis)) Deel 2: opgaven 2b, 4ab, 5, 6 (normering: 2 + (

Huiswerk Hints&Tips Analyse 2, College 26

FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE Afdeling Kwantitatieve Economie

Mathematical Modelling

Wiskunde voor relativiteitstheorie

Hoofdstuk 3: Tweede orde lineaire differentiaalvergelijkingen

== Uitwerkingen Tentamen Analyse 1, WI1600 == Maandag 10 januari 2011, u

10.0 Voorkennis. cos( ) = -cos( ) = -½ 3. [cos is x-coördinaat] sin( ) = -sin( ) = -½ 3. [sin is y-coördinaat] Willem-Jan van der Zanden

Je moet nu voor jezelf een overzicht zien te krijgen over het onderwerp Complexe getallen. Een eigen samenvatting maken is nuttig.

Lineaire Algebra voor ST

Complexe Functie Theorie Deel 1 (Wiskunde ), Complexe Functies (Natuurkunde ), studiewijzer

K.0 Voorkennis. Herhaling rekenregels voor differentiëren:

Waarom functies met complexe getallen?

Overzicht Fourier-theorie

Bespreking van het examen Complexe Analyse (tweede zittijd)

8.1 Rekenen met complexe getallen [1]

Vectoranalyse voor TG

Antwoorden. 1. Rekenen met complexe getallen

WI1708TH Analyse 3. College 5 23 februari Challenge the future

Complexe Analyse - Bespreking Examen Juni 2010

Complexe getallen: oefeningen

Hoofdstuk 8 : Complexe getallen

Hertentamen Wiskundige Technieken 1 Donderdag 4 jan 2018, 9-12 uur

More points, lines, and planes

Vectorruimten met inproduct

Tentamen Functies en Reeksen

Functies van één veranderlijke

Wiskundige Technieken 1 Uitwerkingen Tentamen 3 november 2014

Uitwerkingen Tentamen Gewone Differentiaalvergelijkingen

Examen G0O17D Wiskunde II (6sp) maandag 10 juni 2013, 8:30-12:30 uur

34 HOOFDSTUK 1. EERSTE ORDE DIFFERENTIAALVERGELIJKINGEN

Vectoranalyse voor TG

15.0 Voorkennis. Herhaling rekenregels voor differentiëren: (somregel) (productregel) (quotiëntregel) n( x) ( n( x))

Complexe functies. 2.1 Benadering door veeltermen

Signalen en Transformaties

Samenvatting wiskunde havo 4 hoofdstuk 5,7,8 en vaardigheden 3 en 4 en havo 5 hoofdstuk 3 en 5 Hoofdstuk 5 afstanden en hoeken Voorkennis Stelling van

TENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Functies van één veranderlijke

3 Opgaven bij Hoofdstuk 3

Wiskunde voor relativiteitstheorie

Enkele bedenkingen bij het examen Complexe Analyse

Mathematical Modelling

Lineaire Algebra voor ST

5.1 Constructie van de complexe getallen

Je mag Zorich deel I en II gebruiken, maar geen ander hulpmiddelen (zoals andere boeken, aantekeningen, rekenmachine etc.)!

1E HUISWERKOPDRACHT CONTINUE WISKUNDE

. Maak zelf een ruwe schets van f met A = 2, ω = 6π en ϕ = π 6. De som van twee trigonometrische polynomen is weer een trigonometrisch polynoom

Inwendig product, lengte en orthogonaliteit

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

1. (a) Gegeven z = 2 2i, w = 1 i 3. Bereken z w. (b) Bepaal alle complexe getallen z die voldoen aan z 3 8i = 0.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Aanwijzingen bij vraagstukken distributies

Tentamen WISN101 Wiskundige Technieken 1 Ma 7 nov :30 16:30

z 1 z 2 r 2 r 1 z 2 z 1 r 1 r 2

K.1 De substitutiemethode [1]

Inleiding Complexe Functietheorie

Complexe getallen. 5.1 Constructie van de complexe getallen

Eerste orde partiële differentiaalvergelijkingen

Inhoud college 4 Basiswiskunde. 2.6 Hogere afgeleiden 2.8 Middelwaardestelling 2.9 Impliciet differentiëren 4.9 Linearisatie

Hoofdstuk 1: Inleiding

Technische Universiteit Delft. ANTWOORDEN van Tentamen Gewone differentiaalvergelijkingen, TW2030 Vrijdag 30 januari 2015,

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Opgaven Functies en Reeksen. E.P. van den Ban

Copyright 2017 Gertjan Laan Versie 3.1. uitgeverij czarina

Inwendig product, lengte en orthogonaliteit in R n

Matrices en Stelsel Lineaire Vergelijkingen

Transcriptie:

TW2040: Complexe Functietheorie week 4.3, maandag K. P. Hart Faculteit EWI TU Delft Delft, 2 mei, 2016 K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 1 / 34

Outline 1 Conforme afbeeldingen 2 K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 2 / 34

Oriëntatie- en hoekbewarend Conforme afbeeldingen Stel T : R 2 R 2 is R-lineair en bijectief. We noemen T oriëntatie-bewarend als det T > 0 hoektrouw als Tx Ty x, y = x y Tx, Ty Als x, y 0 dan staat er bij hoektrouw Tx, Ty Tx Ty = x, y x y De cosinussen van de hoeken zijn gelijk. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 3 / 34

Hoektrouw Conforme afbeeldingen Een hoektrouwe afbeelding voert driehoeken over in gelijkvormige driehoeken. (Plaatje op het bord.) Zo n afbeelding vermenigvuldigt alle afstanden met dezelfde factor. Algebra 1, Stelling 3.11, opgaven 3.29 en 3.30: zo n afbeelding is te schrijven als : z αz + β of als met α 0 ϕ + α,β ϕ α,β : z αz + β K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 4 / 34

Hoektrouw Conforme afbeeldingen In ons geval geldt T 0 = 0, dus β = 0. Schrijf α = a + bi, dan geldt ϕ + α,0 (1) = a + bi en ϕ+ α,0 (i) = b + ai. ook geldt ϕ α,0 (1) = a + bi en ϕ α,0 (i) = b ai. De matrix van T is dus ( ) ( ) a b a b of b a b a K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 5 / 34

Oriëntatie- en hoekbewarend Conforme afbeeldingen Conclusie: T is oriëntatiebewarend èn hoektrouw dan en slechts dan als er een α 0 is zó dat Tz = αz voor alle z. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 6 / 34

Conforme afbeeldingen Conforme afbeeldingen Stel f : D D is continu differentieerbaar, met D en D open in R 2. We noemen f (lokaal) conform als voor elke α D de Jacobiaan J(f, α) oriëntatiebewarend en hoektrouw is. Als f ook nog bijectief is dan noemen we f globaal conform. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 7 / 34

Conforme afbeeldingen Conforme afbeeldingen Conclusie (Stelling I.5.15): Als D en D open ziijn dan is f : D D lokaal conform dan en slechts dan als f analytisch is met een continue afgeleide die nergens nul is. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 8 / 34

Kwadrateren Conforme afbeeldingen D: rechterhalfvlak; D = C ; f (z) = z 2. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 9 / 34

Worteltrekken Conforme afbeeldingen D = C, D het rechterhalfvlak, f (z) = z 1 2 wortel) (hoofdtak van de K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 10 / 34

Orthogonale niveaukrommen Conforme afbeeldingen Kijk nog eens naar de plaatjes: als f = u + iv analytisch is dan snijden de niveaukrommen van u(x, y) en v(x, y) elkaar altijd loodrecht. Impliciet differentiëren dy/ dx = u x /u y op de niveaukrommen van u dy/ dx = v x /v y on de niveaukrommen van v Pas Cauchy-Riemann toe: ( ) ( ) dy dy = dx dx Klaar! u v ( u x u y ) ( v ) x v y Dit volgt natuurlijk ook uit de hoektrouwheid van f. = u x u y uy u x = 1 K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 11 / 34

De exponentiële functie Conforme afbeeldingen De niveaukrommen van e x cos y (rood) en e x sin y (blauw) En kijk: elke rode kromme snijdt elke blauwe kromme loodrecht. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 12 / 34

De cosinus als afbeelding Conforme afbeeldingen 0 π 1 1 K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 13 / 34

Conforme afbeeldingen Hoe ziet de complexe arctan er uit? We hebben gewoon tan = sin x cos x en deze is (nog steeds) periodiek, met periode π. Dus als z = tan w, dan z = tan(w + π), z = tan(w π),... Dus arctan z heeft oneindig veel waarden: w, w + π, w π,... K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 14 / 34

Conforme afbeeldingen We gaan z = tan w oplossen naar w: Begin met z = sin w cos w = 1 e iw e iw i e iw + e iw vermenigvuldig teller en noemer met e iw : z = 1 i Eerst oplossen naar e 2iw : En dus... e 2iw 1 e 2iw + 1 of iz = e2iw 1 e 2iw + 1 e 2iw = 1 + iz 1 iz K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 15 / 34

Conforme afbeeldingen... nemen we de logaritme 2iw = log ( ) 1 + iz 1 iz en dus w = 1 ( ) 1 + iz 2i log 1 iz = 1 ( ) 1 + iz 2i Log + kπ 1 iz En ja, die schelen onderling een geheel veelvoud van π K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 16 / 34

Definitie Als dan schrijven we (nog steeds) f (t) = u(t) + iv(t) en definiëren b a f (t) dt = b a b u(t) dt + i v(t) dt a K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 17 / 34

Bekende eigenschappen Lineair, reëel/imaginair deel van de integraal is integraal van reëel/imaginair deel, en b a b f (t) dt f (t) dt Welbekend voor reëelwaardige functies en er is een mooi argument voor complexwaardige functies a K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 18 / 34

Bewijs van (3) op pagina 70 Neem θ = Arg b a f (t) dt, dus b a f (t) dt = e iθ b a f (t) dt. Maar, dan is b a e iθ f (t) dt is reëel, en dus gelijk aan de integraal van het reële deel, dus b b f (t) dt = Re ( e iθ f (t) ) dt a = a b a b a e iθ f (t) dt f (t) dt K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 19 / 34

Een mooie ongelijkheid Langs de eenheidscirkel geldt e 2απi 1 2π α α reëel Volgt uit Opgave I.2.4.(a), maar ook als volgt: en 2π 0 2π 0 e iαt dt = 1 iα (e2απi 1) ( ) e iαt dt = 2π Nu ( ) en ( ) combineren (met modulussen). 0 1 dt = 2π ( ) K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 20 / 34

Definitie Gegeven een kromme C in een open verzameling O in het vlak een functie f : O C wat is C f (z) dz? K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 21 / 34

Krommen Krommen verkrijgen we door middel van een continue functie α : [a, b] C. Beginpunt α(a), eindpunt α(b). Een recht lijnstuk is ook een kromme, het lijnstuk van a naar b wordt gegeven door α(t) = a + t(b a) (α : [0, 1] C). K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 22 / 34

De eenheidscirkel De eenheidscirkel: ε : [0, 1] C, α(t) = exp(2πit). De k-voudige eenheidscirkel: ε k : [0, 1] C, ε k (t) = exp(2kπit). Dus: ε k gaat k keer de cirkel rond: linksom als k > 0 en rechtsom als k < 0. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 23 / 34

Gladheid Een kromme, α : [a, b] C, is glad als α continu differentieerbaar is stuksgewijs glad als er punten a = a 0 < a 1 < < a n = b zijn zó dat de beperking van α tot elk interval [a ν, a ν+1 ] glad is. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 24 / 34

De integraal We definiëren α f. We hebben een kromme α : [a, b] D met D open en f : D C continu. We definiëren als α glad is. α f = α f (ζ) dζ = b a f (α(t))α (t) dt Als α stuksgewijs glad is integreren we over de gladde stukjes en tellen we de resultaten op. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 25 / 34

De integraal We hebben f = u + iv en we schrijven α(t) = x(t) + iy(t). Als we f (α(t))α (t) uitschrijven komt er f (α(t))α (t) = (u + iv)(x + iy ) = (u x v y ) + i(v x + u y ) Dus Re α f en Im α f zijn beide integralen van vectorvelden over de kromme α: van ( ( u v) en van v u) : α ( f = u dx v dy α ) ( ) + i v dx + u dy α K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 26 / 34

Booglengte De booglengte van een gladde kromme α : [a, b] C is, net als bij Analyse 2: l(α) = b a α (t) dt (en stuksgewijs glad: lengten van gladde stukjes optellen). De lengte van het lijnstuk van a naar b is, natuurlijk, b a. De lengte van ε k is 2 k π. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 27 / 34

Een nuttige ongelijkheid Stel M f (z) voor alle z in het beeld van α dan geldt α f (z) dz M l(α) K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 28 / 34

Een nuttige ongelijkheid Bewijs: b a f ( α(t) ) α b (t) dt f ( α(t) ) α (t) dt M a b a = M l(α) α (t) dt K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 29 / 34

Een fundamentele formule Laat r > 0 en neem α : [0, 2π] C gedefinieerd door α(t) = r exp(it), dan { ζ n 2πi n = 1 dζ = 0 n 1 α K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 30 / 34

Geval n = 1 Uitrekenen: Afgeleide: α (t) = ir exp(it) α(t) 1 = exp( it)/r Dus, α ζ 1 dζ = 2π 0 1 2π exp( it)ri exp(it) dt = i dt = 2πi r 0 K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 31 / 34

Het geval n 1 Uitrekenen: afgeleide: α (t) = ir exp(it) α(t) n = r n exp(int) Dus, α ζ n dζ = = 2π 0 2π 0 r n exp(int)ir exp(it) dt ir n+1 exp((n + 1)ti) dt [ 1 = ir n+1 exp((n + 1)ti) n + 1 ] 2π 0 = 0 K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 32 / 34

Met primitieven Als f een primitieve, F, heeft dan volgt f (ζ) dζ = F ( α(b) ) F ( α(a) ) α in het bijzonder, als α gesloten is, dus als α(a) = α(b), dan f (ζ) dζ = 0 α K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 33 / 34

Opgaven Nuttige opgaven: I.5: 13, 14, 15, 16, 17; II.1: 1, 2, 4, 5, 6, 8. Verdiepende opgaven: II.1: 3, 7, 9, 10, 11. K. P. Hart TW2040: Complexe Functietheorie 34 / 34