Lecture Notes
Semester 2
Complex Variable Analysis
Elementary Function and Complex Calculus

Elementary Function and Complex Calculus

NamaHarun
NIM23/514148/TK/56466
KelasB

Elementary Function

Exponential Function

Fungsi eksponen didefinisikan sebagai

f(z)=ez=ex+iy=ex(cosy+isiny)f(z) = e^z = e^{x + iy} = e^x(\cos y + i \sin y)

dengan beberapa properti:

  • f(z)=ezf(z) = e^z analitik dimanapun dalam C\mathbb{C}
  • f(z)=ezf'(z) = e^z
  • ez+w=ezew, z,wCe^{z+w} = e^z e^w, \ \forall z, w \in \mathbb{C}
  • ez=ex|e^z| = e^x dan arg(ez)=y+2nπ, nZ\arg(e^z) = y + 2n\pi, \ n \in \mathbb{Z}
  • jika zz hanya terdiri dari komponen imajiner saja, maka eze^z adalah fungsi periodik

berikut adalah mapping (conformal mapping) dari fungsi f(z)=ezf(z) = e^z:

Exponential Function
  • garis horizontal menjadi sebuah garis yang menuju keluar dari titik origin
  • garis vertikal menjadi lingkaran yang berpusat di titik origin

Logarithmic Function

Definisi Logarithmic adalah menyelesaikan persamaan

ew=ze^w = z

dengan z0z \neq 0 dan w=logzw = \log z

jika z=reiθ(π<θ<π)z = re^{i\theta}(-\pi < \theta < \pi) serta w=u+ivw = u + iv, maka

eu=r,v=θ+2nπe^u = r, \quad v = \theta + 2n\pi

sehingga definisi lengkap dari fungsi logaritmik (multiple-valued) adalah

logz=logr+i(θ+2nπ),nZ\log z = \log r + i(\theta + 2n\pi), \quad n \in \mathbb{Z}

jika hanya menggunakan principal value dari arg(z)\arg(z) saja, maka logz\log z menjadi single-valued.

Principal value dari logz\log z adalah

logz=logr+i Arg z\log z = \log r + i \text{ Arg } z

dimana r=zr = |z| dan Arg z\text{Arg } z adalah principal value dari argz\arg z.

catatan: jika zz kompleks, maka jangan menyimpulkan bahwa log(ez)=z\log (e^z) = z.

melainkan

log(ez)=logez+iarg(ez)=logex+i(y+2nπ)=x+i(y+2nπ)\log (e^z) = \log |e^z| + i \arg(e^z) = \log e^x + i(y + 2n\pi) = x + i(y + 2n\pi)

berikut adalah conformal mapping dari fungsi f(z)=logzf(z) = \log z:

Logarithmic Function

Complex Component

Jika z0z\neq 0 dan cc adalah bilangan kompleks, maka fungsi zcz^c didefinisikan sebagai

zc=eclogzz^c = e^{c\log z}

dalam bentuk principal value, didefinisikan pula sebagai

zc=ec(logz+i arg z)z^c = e^{c(\log |z| + i \text{ arg } z)}
🚫

Sifat aljabar biasa tidak berlaku apabila zcz^c bersifat multiple-valued!

(jj)(jj)j0=1(j^j)\cdot (j^{-j}) \neq j^0 = 1

catatan: kompleks dipangkatkan kompleks bisa menjadi bilangan real.

Trigonometric Function

dengan Euler's formula, kita bisa mendefinisikan fungsi trigonometri dalam bentuk eksponen

eix=cosx+isinxe^{ix} = \cos x + i \sin x

bisa dituliskan sebagai

sinx=eixeix2i,cosx=eix+eix2\sin x = \frac{e^{ix} - e^{-ix}}{2i}, \quad \cos x = \frac{e^{ix} + e^{-ix}}{2}

Hyperbolic Function

fungsi hiperbolik sinus, cosinus, didefinisikan sebagai

sinhx=exex2,coshx=ex+ex2\sinh x = \frac{e^x - e^{-x}}{2}, \quad \cosh x = \frac{e^x + e^{-x}}{2}

dengan properti:

  • sinhz\sinh z dan coshz\cosh z adalah fungsi analitik dimanapun dalam C\mathbb{C}
  • ddzsinhz=coshz\frac{d}{dz} \sinh z = \cosh z dan ddzcoshz=sinhz\frac{d}{dz} \cosh z = \sinh z

Derivatives of Functions

sebuah persamaan

w(t)=u(t)+iv(t)w(t) = u(t) + iv(t)

dengan u(t)u(t) dan v(t)v(t) adalah fungsi real dari tt, maka turunan dari w(t)w(t) adalah

dwdt=dudt+idvdt\frac{dw}{dt} = \frac{du}{dt} + i\frac{dv}{dt}
🚫

mean-value theorem tidak berlaku untuk fungsi kompleks!

Definite Integral of Functions

sebuah integral dari fungsi kompleks

w(t)=u(t)+iv(t)w(t) = u(t) + iv(t)

dalam interval atba \leq t \leq b adalah

abw(t)dt=abu(t)dt+iabv(t)dt\int_a^b w(t) dt = \int_a^b u(t) dt + i \int_a^b v(t) dt

dengan properti integral:

  • abw(t)dt=acw(t)dt+cbw(t)dt\int_a^b w(t) dt = \int_a^c w(t) dt + \int_c^b w(t) dt
  • abcw(t)dt=cabw(t)dt\int_a^b c w(t) dt = c \int_a^b w(t) dt
  • baw(t)dt=abw(t)dt\int_b^a w(t) dt = -\int_a^b w(t) dt

Fundamental Theorem of Calculus berlaku untuk fungsi kompleks

anggap

W(t)=U(t)+iV(t)danw(t)=u(t)+iv(t)W(t) = U(t) + iV(t) \quad \text{dan} \quad w(t) = u(t) + iv(t)

kontinu pada interval atba \leq t \leq b, maka

abw(t)dt=U(b)U(a)+i(V(b)V(a))\int_a^b w(t) dt = U(b) - U(a) + i(V(b) - V(a))

sehingga

abw(t)dt=W(b)W(a)\int_a^b w(t) dt = W(b) - W(a)

contoh: hitunglah

0π/6ei2tdt\int_0^{\pi/6} e^{i2t} dt

karena

ddt(ei2t2i)=ei2t\frac{d}{dt} \left(\frac{e^{i2t}}{2i}\right) = e^{i2t}

maka

0π/6ei2tdt=ei2π/62iei202i=eiπ/32i12i=34+i4\begin{align*} \int_0^{\pi/6} e^{i2t} dt &= \frac{e^{i2\pi/6}}{2i} - \frac{e^{i2\cdot 0}}{2i} \\ &= \frac{e^{i\pi/3}}{2i} - \frac{1}{2i} \\ &= \frac{\sqrt{3}}{4} + \frac{i}{4} \end{align*}