調和共軛

在數學中,調和共軛(Harmonic conjugate)是針對函數的概念。定義在開集\Omega\subset\R^2中的函數u(x,\,y),另一個函數v(x,\,y)為其共軛函數的充分必要條件是u(x,\,y)和v(x,\,y)需要是全純函數 f(z)(z:=x+iy\in\Omega)的實部及虛部。

因此,若f(z):=u(x,y)+iv(x,y)在\Omega中為全純函數,v就為u的共軛函數。而v和u也是\Omega中的调和函数。v為u的共軛函數,若且唯若u為-v的共軛函數。

在\Omega區間內, v是u共軛函數的充分必要條件是u和v滿足柯西-黎曼方程。

: { \partial u \over \partial x } = { \partial v \over \partial y }
:{ \partial u \over \partial y } = -{ \partial v \over \partial x } .
舉例
例如,考慮函數u(x,y) = e^x \sin y.

因為
{\partial u \over \partial x } = e^x \sin y, \quad {\partial^2 u \over \partial x^2} = e^x \sin y

{\partial u \over \partial y} = e^x \cos y, \quad {\partial^2 u \over \partial y^2} = - e^x \sin y,
會滿足
\Delta u = \nabla^2 u = 0
(\Delta是拉普拉斯算子),因此是调和函数。現在假設存在v(x,y),可以滿足柯西-黎曼方程:

{\partial u \over \partial x} = {\partial v \over \partial y} = e^x \sin y
and
{\partial u \over \partial y} = -{\partial v \over \partial x} = e^x \cos y.

化簡後可得
{\partial v \over \partial y} = e^x \sin y

{\partial v \over \partial x} = -e^x \cos y
因此可得
v = -e^x \cos y + C.

若和的關係對調,函數就不是調和共軛函數了,因為柯西-黎曼方程中的負號,讓此關係是非對稱的關係。
參考資料
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外部連結

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