解析函數與柯西-黎曼方程
可微的充分條件
柯西-黎曼方程是必要的,但單憑它們還不足以保證複導數存在。充分條件補上了缺口:若四個偏導數 u_x、u_y、v_x、v_y 在某點附近存在且「連續」,且在該點滿足 u_x = v_y、u_y = -v_x,則 f 在該點複可微。偏導數的連續性(等價地,(u, v) 的實可微性)正是缺少的成分。
為何要這個額外假設?實可微意味著 f(z) - f(z_0) 能被位移的單一線性映射良好逼近(誤差比步長更快地消失),而不僅是沿各軸的方向極限恰好一致。柯西-黎曼方程接著把這個線性映射升級為旋轉-縮放,即乘以一個複數,這恰是複導數。偏導數連續是一種乾淨、可檢驗的方式,確保實線性逼近確實存在。
這個假設並非吹毛求疵——教科書中確有偏導數存在且柯西-黎曼方程在單一點成立、卻無複導數的函數,原因是偏導數極不連續。實務上這幾乎從不發生:凡由 z 經加、乘、除(避開零點)與複合構成的函數,其偏導數自動連續,故只要柯西-黎曼方程成立你就安然可微。
對 f(z) = e^x cos y + i e^x sin y(即 e^z):u = e^x cos y,v = e^x sin y。偏導數 u_x = e^x cos y = v_y 與 u_y = -e^x sin y = -v_x 處處連續且柯西-黎曼方程成立,故 e^z 處處可微,導數為 u_x + i v_x = e^z。
連續偏導數加上柯西-黎曼方程,是檢驗複可微的完整且實用的判準。
單憑柯西-黎曼方程並不充分:Looman-Menchoff 定理可大幅減弱「偏導數連續」的要求,但天真的「某點柯西-黎曼方程成立即可微」是錯的。偏導數連續是安全、標準的假設。
又称
另见