Complex Variables and Partial Differential Equations (3130005)

BE | Semester-3   Winter-2019 | 26-11-2019

Q1) (c)

Define harmonic function. Show that ux,y = sinh x sin y is a harmonic function. Find its harmonic conjugate vx,y.

Definition:
 
A function ux,y is called harmonic if it is twice continuously differentiable and satisfies 2ux2 + 2uy2 = 0.
 
Verification:
 
ux,y = sinh x sin y
 
ux= sin y cosh x  -----1
 
2ux2= sin y sinh x
 
& uy= sinh x cos y   -----2
 
2uy2= - sinh x sin y 
 
So, 2ux2 + 2uy2 = sinh x sin y - sinh x sin y = 0
 
 ux,y is a harmonic function.
 
Harmonic conjugate:
 
Let, fz = u + i v 
 
f'z = ux + i vx 
 
f'z = ux - i vy        CR Equation  
 
f'z =  sin y cosh x - i sinh x cos y       1 & 2 
 
f'z =  sin 0 cosh z - i sinh z cos 0       x=z & y=0 
 
f'z = - i sinh z   sin 0 = 0 & cos 0 = 1 
 
fz = - i sinh z dz      Taking Integration 
 
fz = - i cosh z + c
 
fz = - i cosh x + i y + c
 
fz = - i cosh x cosh iy + sinh x sinh iy + c
 
fz = - i cosh x cos y +i sinh x sin y + c      cosh iy = cos y  &  sinh iy =i sin y 
 
fz = - i cosh x cos y - i2 sinh x sin y + c
 
fz = sinh x sin y - i cosh x cos y + c
 
So, harmonic conjugate is, vx,y = - cosh x cos y + c