解析函數與柯西-黎曼方程

Wirtinger 導數(Wirtinger derivatives)

/ VEER-ting-er /

Wirtinger 導數是一種巧妙的記帳工具,把 z = x + i y 與其共軛 z-bar = x - i y 當作彷彿兩個獨立變數,並各自對其微分。它們定義為 d/dz = (1/2)(d/dx - i d/dy) 與 d/dz-bar = (1/2)(d/dx + i d/dy),是 x 與 y 普通偏導數的組合。

重點在於它們把一句口號講精確:函數恰在 df/dz-bar = 0 時解析——也就是當 f 完全不依賴 z-bar 時。若把 f 以 x、y 寫出,重組為 z 與 z-bar,發現沒有 z-bar 出現,則函數解析;若 z-bar 殘存(如 f = z-bar,或 |z|^2 = z 乘 z-bar),則不解析。直接展開得 df/dz-bar = (1/2)[(u_x - v_y) + i(u_y + v_x)],它恰在 u_x = v_y 且 u_y = -v_x 時為零——這正是偽裝下的柯西-黎曼方程。

謹慎使用時 Wirtinger 演算真能省力:它讓你藉形式操作計算複導數,在對 z 微分時把 z-bar 當常數,並乾淨地推廣到多複變。誠實的告誡是:z 與 z-bar 其實「不」獨立(彼此互相決定),故此記法是形式上的方便;這些算子是光滑函數上真正的線性微分算子,而「解析 = 與 z-bar 無關」的口號是精確陳述 df/dz-bar = 0 的簡寫。

對 f = |z|^2 = z 乘 z-bar:d/dz-bar (z z-bar) = z(對 z-bar 微分時把 z 當常數),在原點之外非零。故 |z|^2 不解析——與「除 0 外其柯西-黎曼方程皆失敗」一致。

df/dz-bar = 0 是把柯西-黎曼方程重新打包成單一乾淨的算子方程。

z 與 z-bar 並非真正獨立的變數——此記法是形式上的方便。它之所以有效,是因為算子 d/dz 與 d/dz-bar 是 d/dx 與 d/dy 良好定義的實線性組合。

又称
維廷格導數d/dz and d/dz-barWirtinger operators