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Números Complexos e Funções de Variável Complexa

Revisão dos números complexos: forma algébrica, polar e exponencial. Funções complexas, limites, continuidade e derivabilidade no plano complexo.

Usado em: engenharia

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Notação rigorosa, derivação completa, hipóteses

Números Complexos e Funções Holomorfas

O Corpo C\mathbb{C}

Definição. O corpo dos números complexos é C=R2\mathbb{C} = \mathbb{R}^2 munido das operações:

(a,b)+(c,d)=(a+c,b+d),(a,b)⋅(c,d)=(ac−bd,ad+bc)(a,b) + (c,d) = (a+c, b+d), \quad (a,b)\cdot(c,d) = (ac-bd, ad+bc)

Identificamos R↪C\mathbb{R} \hookrightarrow \mathbb{C} via a↦(a,0)a \mapsto (a,0) e definimos i:=(0,1)i := (0,1), de modo que i2=(−1,0)=−1i^2 = (-1,0) = -1.

Teorema (Fundamental da Álgebra). Todo polinômio não-constante com coeficientes em C\mathbb{C} tem pelo menos uma raiz em C\mathbb{C}. Em particular, C\mathbb{C} é algebricamente fechado.

Derivada de Cauchy e Holomorfismo

Definição. Seja Ω⊂C\Omega \subset \mathbb{C} aberto e f:Ω→Cf: \Omega \to \mathbb{C}. A derivada complexa de ff em z0∈Ωz_0 \in \Omega é:

f′(z0):=lim⁡h→0,h∈C∗f(z0+h)−f(z0)hf'(z_0) := \lim_{h \to 0, h \in \mathbb{C}^*} \frac{f(z_0+h)-f(z_0)}{h}

quando o limite existe (em C\mathbb{C}). Dizemos que ff é holomorfa (ou analítica) em Ω\Omega se f′(z)f'(z) existe para todo z∈Ωz \in \Omega.

Teorema (Cauchy-Riemann). Seja f=u+ivf = u+iv com u,v:Ω→Ru,v: \Omega \to \mathbb{R}. ff é diferenciável em z0=x0+iy0z_0 = x_0+iy_0 se e somente se u,vu,v são diferenciáveis (no sentido real) em (x0,y0)(x_0,y_0) e satisfazem:

∂u∂x=∂v∂y,∂u∂y=−∂v∂x\frac{\partial u}{\partial x} = \frac{\partial v}{\partial y}, \quad \frac{\partial u}{\partial y} = -\frac{\partial v}{\partial x}

Corolário. Se ff é holomorfa em Ω\Omega, então uu e vv são harmônicas em Ω\Omega.

Nota: O operador ∂ˉ:=12(∂∂x+i∂∂y)\bar{\partial} := \frac{1}{2}\left(\frac{\partial}{\partial x} + i\frac{\partial}{\partial y}\right) satisfaz: ff holomorfa ⇔∂ˉf=0\Leftrightarrow \bar{\partial}f = 0 (equação de Cauchy-Riemann em forma compacta).

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Atualizado em 2026-05-28 · Autor(es): Clube da Matemática

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