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文檔簡介
1.
留數(shù)的定義
2.
留數(shù)定理
3.
留數(shù)的計(jì)算規(guī)則§2 留數(shù)(Residue)1.
留數(shù)的定義定義
設(shè)z0為f
(z)的孤立奇點(diǎn),
f
(z)在z0鄰域內(nèi)的洛朗級(jí)數(shù)中負(fù)冪次項(xiàng)(z-z0)–1的系數(shù)c–1稱為f
(z)在z0的留數(shù),記作Res[f
(z),z0]或Res
f
(z0)。+¥n=-¥nnc
(z
-
z
)0由留數(shù)定義, Res[f
(z),
z0]=
c–1
(1)設(shè)f
(z)=cdz-10-1
c
z
-
zf
(
z)dz
=
c=
2pic(
z0是f
(
z
)的弧立奇點(diǎn)
,
c包含z0在其內(nèi)部
)對(duì)上式兩邊沿簡單閉曲線c逐項(xiàng)積分得:(2)0f
(z)dzc=
1-12pi故
Res[
f
(z),
z
]
=
c2.
留數(shù)定理c
f
(z)dz
=
2pi
Re
s[
f
(z),
zk
]
(3)定理設(shè)c是一條簡單閉曲線,f
(z)在c內(nèi)有有限個(gè)弧立奇點(diǎn)z1
,z2
,,zn
,除此以外,f
(z)在c內(nèi)及c上解析nk
=1證明用互不包含,互不相交的正向簡單閉曲線ck(k
=1,2,n),將c內(nèi)的弧立奇點(diǎn)zk圍繞,Dcznz1z3z2nncnf
(z)dz1c
f
(z)dz
=
12pi
k
=1
2pif
(z)dzc
f
(z)dz
=
cf
(z)dz
+
c21f
(z)dz
+
+
cn由復(fù)合閉路定理得:用2pi
除上式兩邊得:=
Re
s[
f
(z),
zk
]k
=1nk
=1故
c
f
(z)dz
=
2piRe
s[
f
(z),
zk
]得證!
求沿閉曲線c的積分,歸之為求在c中各孤立奇點(diǎn)的留數(shù)。3.
留數(shù)的計(jì)算規(guī)則一般求Res[f(z),z0]是采用將f(z)在z0鄰域內(nèi)展開成洛朗級(jí)數(shù)求系數(shù)c–1的方法,但如果能先知道奇點(diǎn)的類型,對(duì)求留數(shù)更為有利。以下就三類奇點(diǎn)進(jìn)行討論:(i)若z
=z0為可去奇點(diǎn)
c-1
=0
Re
s[f
(z),z0
]=0規(guī)則I(4)Re
s[
f
(
z),
z0
]
=
lim(
z
-
z0
)
f
(
z)若z0是f
(z)的一級(jí)極點(diǎn),z
fi
z0規(guī)則II
若z0是f
(z)的m級(jí)極點(diǎn)(5)100lim
{(z
-
z
)m
f
(z)}Re
s[
f
(z),
z
]
=dzm
-1d
m
-1(m
-
1)!
zfi
z00
Re
s[
f
(z),
z0
]
=
c-1(iii
)若z
=z0為極點(diǎn)時(shí),求Re
s[f
(z),z0
]有以下幾條規(guī)則c
(z
-
z
)n
n
0-¥展開+¥(ii)若z
=
z
為本性奇點(diǎn)
f
(z)
=+c
(z
-
z
)m
+事實(shí)上,由條件-m
-2
-1f
(z)
=
c-m
(z
-
z0
)
+
+
c-2
(z
-
z0
)
+
c-1
(z
-
z0
)+c0
+
c1
(z
-
z0
)
+,(c-m
?
0)m以(
z
-
z0
)
乘上式兩邊
,
得(z
-
z
)m
f
(z)
=
c
+
c
(z
-
z
)
++
c
(z
-
z
)m-10
-m
-m+1
0
-1
0f
(z)}
=
(m
-
1)!c-1
+
m!(z
-
z0
)
+mdz
m
-1
{(z
-
z0
)d
m
-10
0兩邊求m
-1階導(dǎo)數(shù)得dzmm
-1
{(z
-z0
)
f
(z)}=(m
-1)!c-1
,移項(xiàng)得(5)式.d
m
-1limz
fi
z0
當(dāng)m=1時(shí),式(5)即為式(4).00Q'(z
)p(z0
)
(6)Q(z)p(z0
)
?
0,
Q(z0
)
=
0,
Q'(z0
)
?
0
設(shè)f
(z)
=
p(z)
p(z),
Q(z)在z
處解析,規(guī)則III1的一級(jí)極點(diǎn),Q(z)\z0為Q(z)的一級(jí)零點(diǎn),從而z0為z0是f
(z)的一級(jí)極點(diǎn),且Re
s[f
(z),z0
]=事實(shí)上,
Q(z0
)=0及Q'(z0
)?01
10Q(
z
)
z
-
zj
(z
)(j
(z
)在z0處解析且j
(z0
)?0)因此,
=10z
-
z且g(z0)?0),故f
(z
)=g(
z
)(
g(
z
)
=
j
(
z
)
p(
z
)在z
解析,000=(Q'(z
)?0)
得證!Q'(z
)p(z
)
0
z
-
z0Q(
z)
-
Q(z
)p(z)Re
s[
f
(z),
z0
]
=
lim(z
-
z0
)
f
(z)=
limz
fi
z0z
fi
z00則z0為f
(z)的-級(jí)極點(diǎn),由規(guī)則Iz
=2
z(z
-
1)2
5z
-
2
dz計(jì)算:例1z(z
-
1)2解
f
(z)
=
5z
-
2
在
z =
2的內(nèi)部有一個(gè)一級(jí)極點(diǎn)Re
s[
f
(
z
),0]
=
lim
zf
(
x
)
=
lim
5z
-
2
=
-2z
fi
0
(
z
-
1)
2z
=0和一個(gè)二級(jí)極點(diǎn)z
=1由規(guī)則I1
5z
-
2
}d
{(z
-1)2Re
s[
f
(z),1]
=
limzfi
1
(2
-1)!
dz
z(z
-1)2z
fi
0由規(guī)則IIz=
lim(
5z
-
2
)'
=
lim
2
=
2zfi
1
z
2zfi
1=\
z
2
f
(z)dz
=
2pi
Re
s[
f
(z),0]
+
2pi
Re
s[
f
(z),1]
=
0c
z
4
-
1c
:
正向
z
=
2計(jì)算
z
dz例2解
f
(z)有4個(gè)一級(jí)極點(diǎn):–1,–i都在圓周c內(nèi),Q'(z)
4z
3
4z
2=P(z)
=
z
1由規(guī)則I-
1]
=
01
14 4
-
4
4dzzc
z4
-1=
2pi[1
+=
2pi{Res[
f
(z),-1]+
Res[
f
(z),1]+
Res[
f
(z),i]+
Res[
f
(z),-i]}故z
1=z
3cos
z
dz例3
計(jì)算解f
(z)=cos
z
有一個(gè)z
=0的三級(jí)奇點(diǎn)\z2cos
z
dz
=
2pi
Re
s[
f
(z),0]
=
2pi(-
1
)
=
-pi=1z
32
213=
1
lim
(cos
z
)'
'
=
-
1d
2Re
s[
f
(
z
),0]
=
lim
2
[
z f
(
z
)]z
fi
0z
fi
0
(
3
-
1)!
dzz3由規(guī)則I(n
?
N
)計(jì)算z n
tan
pzdz=例4解22即,
z
=
k
+
1
(k
=
0,–1,–2,)解得pz
=kp
+ptanpz
=sinpz
令cospz
=0cospz22?
0z
=k
+
1z
=k
+
1(cot
pz)'
=
-p
csc2pz2\z
=k
+1
為一級(jí)極點(diǎn),由法則III得2=
-
1
(k
=
0,–1,)p2
(cospz)'
z=k
+
1sinpzRe
s[tanpz,
k
+
1]
=2k
+
1
<nz
=nptanpzdz
=
2pi
Re
s(tanpz)
=
2pi(-
2n
)
=
-4ni故 由留數(shù)定理得:
(1)要靈活運(yùn)用規(guī)則及洛朗級(jí)數(shù)展開來求留數(shù),不要死套規(guī)則。z6Q(z)f
(z)
=
P(z)
=
z
-
sin
z\z
=0是p(z)的三級(jí)零點(diǎn),由于p(0)
=
0
p'(0)
=
(1
-
cos
z)
z=0
=
0p"(0)
=
sin
z
z=0
=
0
p'"(0)
=
cos
z
z=0
=
1
?
0如
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