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对数函数(复数)

2024-07-15 21:15| 来源: 网络整理| 查看: 265

对数函数(复数)

贡献者: addis

本文处于草稿阶段。 预备知识 指数函数(复数),反函数(高中)

  1我们先给出复数对数函数的一种定义

定义 1 对数函数(复数)

   对数函数 $\log z$ 是从任意非零复数到复数的映射 $f:\mathbb C^*\to \mathbb C$,定义为

\begin{equation} \log z = \log \left\lvert z \right\rvert + \mathrm{i} \arg z~. \end{equation} 其中 $\arg(z)$ 是 $z$ 的辐角,值域为 $(-\pi, \pi]$。

   这样定义的函数值叫做 $\log$ 函数的主值(principal value)。注意 $\log 0$ 在复数域中没有定义,也有时候说 $\log 0 = -\infty$(注意 $\pm\infty \notin \mathbb C$)。

   结合复数指数函数的定义,恒有

\begin{equation} \exp\left(\log z\right) \equiv z \qquad (z \in \mathbb C^*)~. \end{equation} \begin{equation} \log \mathrm{e} ^z \equiv z \qquad ( \operatorname{Re} [z]\in\mathbb R\ \text{ and }\ \operatorname{Im} [z]\in(-\pi, \pi])~. \end{equation} 所以在有限的范围内,$\exp z$ 和 $\log z$ 互为反函数。

   现在我们也可以用 $\log z$ 来表示复数的辐角

\begin{equation} \arg z = \operatorname{Im} \log z~. \end{equation}

1. ^ 参考 Wikipedia 相关页面。

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