把 f 寫成 u + i v(real and imaginary parts of f)
複數輸出 w = f(z) 本身就是一個複數,所以它分解成一個實部和一個虛部。把輸入寫成 z = x + i y、輸出寫成 f(z) = u + i v,這兩個實數 u 與 v 各自都依賴於兩個實數 x 與 y。於是單一個複變函數 f 暗中攜帶了兩個雙實變數的實函數:u(x, y) 與 v(x, y)。我們寫作 f = u + i v。
如此拆解 f,把一個複數方程式變成兩個實數方程式,這正是把複分析接上尋常多變數微積分的方式。要求出 u 和 v,只需計算 f(x + i y) 再把實部與虛部分開。取 f(z) = z^2:則 f(x + i y) = (x + i y)^2 = x^2 - y^2 + i (2 x y),所以 u(x, y) = x^2 - y^2、v(x, y) = 2 x y。這一對 (u, v) 就是 f 做的全部事情,用實座標寫出來。
這套記帳法是通往幾乎每個更深想法的橋樑。f 的連續性將會等同於 u 與 v 都連續;柯西-黎曼方程(u_x = v_y 與 u_y = -v_x)是連結這兩部分的條件;而調和函數之所以出現,是因為對好的 f,u 與 v 都滿足拉普拉斯方程 u_xx + u_yy = 0。學會在「f」與「(u, v) 這一對」之間流暢往返,是一項核心技能。
對 f(z) = z-bar(共軛)而言,f(x + i y) = x - i y,所以 u(x, y) = x、v(x, y) = -y。看似平凡,這一對之後會通不過柯西-黎曼檢驗,這正是 z-bar 不可複導的原因。
分離成 (u, v) 是把 f 接上實變數微積分的例行第一步。
有時改用極座標、把 f = u + i v 中的 u 和 v 寫成依賴 r 與 theta(而非 x 與 y)會乾淨許多。分解是同一個想法;只是座標換了。