6.9 二十道自编检查题与完整解析|数学物理方法

数学物理方法 · 6.9 二十道自编检查题与完整解析
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第六章 / 6.9

二十道自编检查题与完整解析

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6.9 · 全章复习 · 自编检查题

练习1 导数的几何意义

求在处的旋转角与伸缩系数。该点附近面积扩大几倍?

展开解析:旋转角来自导数

。旋转角为,伸缩系数6,局部面积系数为。旋转角不是。

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练习2 哪些区域被放大

对,求局部长度被放大、缩小的区域。

展开解析:先对函数求导

。放大条件;缩小条件;等号线上系数为1。所有有限点导数非零,但整个平面仍因周期而不是一一映照。

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练习3 导数非零就一定保形吗

在去心平面内导数非零。说明为什么它不满足本书的整体保形要求,并给出一个可行的子域及像域。

展开解析:还缺一一性

,所以不是一一的。取第一象限,平方后辐角在、模遍历,一一覆盖上半平面。边界顶点0处导数为零不影响开象限内部。

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练习4 面积和弧长

求把映成的面积;并求四分之一圆弧的像曲线长度。

展开解析:面积平方,弧长一次

正方形内部位于第一象限,映射一一,面积是。圆弧上,像长,对应单位上半圆。

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练习5 反变换与无穷远

求的极点、、反函数,并检查行列式。

展开解析:反解时收集未知数

极点,无穷远像2,行列式。,故。像点2只能由达到。

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练习6 三点确定变换

求的分式线性变换。

展开解析:先用零极点

使分子可取常数,使分母含。设,由得,故。三点代回均满足,行列式非零。

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练习7 圆边界的像

用求圆周的像,并说明圆内去掉0后的像域。

展开解析:反代方程定侧

代入:,故。圆内对应,即。原圆通过0,所以像边界为直线。0本来在圆周而非开圆内,严格说圆内无需再去掉0。

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练习8 内外不能靠图猜

判断把下半平面变成什么区域。

展开解析:看极点属于哪一侧

实轴映成单位圆,下半平面包含极点,所以像是单位圆外部,在扩充意义下含。也可用得到,验证圆外。下半平面有限点去掉时,对应有限圆外。

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练习9 圆盘自映射的角度归一化

求把单位圆映到自身、把映到0、在处旋转角为的分式线性变换。

展开解析:共轭和旋转都要写对

代入标准式:

因为。导数在处为,伸缩系数,角度正确。

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练习10 半平面指定点

构造上半平面到单位圆内的变换,使映成0,并且该点处旋转角为0。

展开解析:用导数定旋转

先设。在处导数为,辐角。取,故,该点导数为。

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练习11 角域到上半平面

求到上半平面的一一保形变换,并求其中半径2圆弧的像。

展开解析:先旋转再开角

角宽,先乘,再立方,故。像辐角,一一覆盖上半平面。原半径2圆弧变为上半圆弧。

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练习12 平方根的两种切口

分别写出负实轴割平面、正实轴割平面的一支平方根及像域。

展开解析:分支就是角度区间

负实轴割平面取,,像为右半平面。正实轴割平面取,同形式的根像为上半平面。原点及整条切口均不在源开域内。

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练习13 上半圆域复合

把映到上半平面,并检验的像在目标域内。

展开解析:分式线性之后再平方

取。内部测试点先映成,平方得,虚部正。两步分别在原域和第三象限中一一,因此复合一一。

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练习14 两个相切圆之间

把在扩充意义下映到上半平面。

展开解析:切点送无穷远

切点2,令。两条边界分别为与,原域对应。宽度,故可取

例如在原域内,,像角。这里原域本身有界,无需把当内部;2仅是边界切点。

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练习15 竖直条带

将映到上半平面,说明两条边界的对应。

展开解析:先归一化高度

取。左边界像为正实半轴,右边界像为负实半轴。中心线像为正虚半轴,因为相位为,模为。

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练习16 对数把扇形变条带

把一一映到。

展开解析:高度按角宽缩放

选的对数,取。虚部为,范围,实部遍历全实轴。导数,对数在此角域一一。

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练习17 儒可夫斯基的椭圆

求在下的像椭圆、焦点和走向,并给出的像。

展开解析:参数式一次解决

,所以,焦点。原圆逆时针则像也逆时针。。若换成半径,椭圆相同,但符号反向,走向相反。

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练习18 裂缝怎样被平方打开

求上半平面去掉竖直线段后到上半平面的一一保形变换。

展开解析:把两条割线接起来

先,上半平面像为正轴割平面,额外裂缝变为;两者并为。再令,得正轴割平面,最后取的平方根。指定即可确定根值。裂缝端点映到0,边界允许局部退化,开域内部导数非零。

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练习19 两板电势

上半平面正半轴电势2,负半轴电势5。求复势、电势与处场强大小。

展开解析:最后验两条边界

按本书约定取,。电势。在处,场强。两半轴分别给2和5;只是项,不是这里的电势。

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练习20 半圆筒边界与中心检验

单位圆内,上半圆电势0、下半圆电势1。求中心电势和场强方向,并说明只用普通反正切会出什么问题。

展开解析:先看分支再看方向

由得,故。,按得到,电场向上、大小。

在下半圆内时,的实部为负、虚部为正,辐角处于第二象限。普通给负角,会漏加,导致错误的负电势。使用取值的或可避免。

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39 学完以后怎样回到原书做题

先独立做检查题1—13、15—16,能完成说明基础映照工具已齐。然后回原书1、2、6、7、8,以及10(1)—10(3)、11(1)—11(3),检查你能否不看路线写出每个中间域。

再做检查题14、17—20,对应相切边界、儒可夫斯基、裂缝与物理场。证明题3、4也应补上,它们用的是弧长与雅可比,而不是多背几个映照表。

如果某题卡住,先定位是哪一步:不会画原域、不会选把谁送到无穷远、不会判断内外、不会定角宽、还是没写分支。每次只补一个缺口,再把整条复合路线重算一遍。第六章的达标线是能独立构造并验证,而不是把所有公式背成一张没有区域条件的表。

来源、编排与掌握要求

依据用户提供的严镇军《数学物理方法》扫描本第六章整理;正文印刷页142—166上部,章末习题166—168。扫描PDF文件页序等于印刷页码加6。按原书节序覆盖各主题,以重新讲解、推导主线和例题说明组织,未逐字复制原文。自编检查题与原书习题分开编号,原书题号可在本章习题路线中查找;本文件不声称是全部原书习题的逐题答案册。

第一轮优先掌握能独立做题所需的概念、步骤和适用条件;背景、证明及拓展均说明用途和暂缓深究的边界。第六章含20道自编检查题及完整解析。公式与SVG内嵌,可离线阅读;屏幕答案默认折叠,打印时自动展开。整理日期:2026年10月22日。