留数定理 含 数学物理方法(吴崇试 第三版)答案详解

  • 留数什么是不令人愉快的

  • 据说,期末考得很简单,希望老师真的实践这一点。

  • 没有写出来的题,我要么打了问号,要么就没写上去,哈哈哈哈!

有限点留数的定义及留数定理

  • 我哪知道,光学都快没了
  • 赶紧润吧,no go to physics

  • 设函数f(z)以有限点a为孤立奇点,即f(z)在点a的去心领域0<|z-a|

\frac{1}{2\pi i }\int_{\Gamma}f(z)dz(\Gamma :|z-a|=\rho,0<\rho<R)

  • 为f(z)在a点的留数,由柯西积分定理可得

Res(f(z),a)=c_{-1}

柯西留数定理

  • f(z)在周线或复周线所围的范围内

\int_Cf(z)dz=2\pi i \sum_{k=1}^{n}Res(f(z),a_k)

有限点留数的求法

  • 许多求法,你就求吧

  • Res(f(z),a)=c_{-1}
  • 当a为f(z)的可去奇点或者解析点时

Res(f(z),a)=0

  • 当a为n阶极点时,必然有f(z)=\frac{\varphi(z)}{(z-a)^n},因此

Res_{z=a}f(z)=\frac{\varphi^{(n-1)}(a)}{(n-1)!}

函数在无穷远点留数的定义及计算方法

无穷远点留数的定义

  • f(z)在去心领域N-\begin{Bmatrix} \infty \end{Bmatrix}:0\leq r< \begin{vmatrix} z \end{vmatrix}< +\infty内解析,则称

\frac{1}{2\pi i}\int_{\Gamma^{-}}f(z)dz(\Gamma:\begin{vmatrix} z \end{vmatrix}=\rho>r)

  • 为函数在无穷远点处的留数

无穷远点处留数的求法

  • 拉兄弟一吧
  • 真男人就得当水手

定义法:

  • 评论一下,虽然我不知道为什么定义是这样,但是它就是这样,而且从我那朴素的感觉上看是这样,那我就也没有办法了,哈哈哈

展式: 

  • Res(f(z),\infty)=-c_{-1}

扩充复平面留数和定理:

  • 如果函数f(z)在扩充复平面上只有有限个孤立奇点,那么f(z)在各点的留数总和为0

零点替换:

  • Res(f(z),\infty)=-Res(f(\frac{1}{t})\frac{1}{t^2},0)

四个特别重要的引理

小圆弧引理

  • 如果函数f(z)z=a的点的空心邻域内连续,并且在\theta_1 \leq arg(z-a) \leq \theta_2中,当\begin{vmatrix} z-a \end{vmatrix}\rightarrow 0时,(z-a)f(z)一致地趋近于k,则

\lim_{\delta\rightarrow0}\int_{C_R}f(z)dz=ik(\theta_2 - \theta_1)

其中,C_\delta是以z=a为圆心,\delta为半径,张角为\theta_2-\theta_1的圆弧

大圆弧引理

  • f(z)\infty点的领域内连续,在\theta_1 \leq arg\,z \leq \theta_2中,当\begin{vmatrix} z\end{vmatrix}\rightarrow\infty时,zf(z)一致地趋近于k,则

\lim_{R\rightarrow\infty}\int_{C_R}f(z)dz=ik(\theta_2-\theta_1)

 其中,C_R是以z=a为圆心,R为半径,张角为\theta_2-\theta_1的圆弧

Jordan引理

  • 0\leq argz\leq \pi范围内,当\left | z \right | \rightarrow \infty时,Q(z)一致地趋于0,则有

\lim_{R\rightarrow \infty}\int_{C_R}Q(z)e^{ipz}dz=0

其中,p>0,C_R是以原点为圆心,R为半径的上半圆弧

Jordan引理的补充引理

  • 函数Q(z)只有有限个奇点,且在下半平面的范围内,当\begin{vmatrix} z \end{vmatrix}\rightarrow\infty时一致地趋近于0,则

\lim_{R\rightarrow\infty}\int_{C_R}Q(z)e^{-ipz}dz=2\pi i \times \sum res \begin{Bmatrix} Q(z)e^{-ipz} \end{Bmatrix}=-2\pi i \times res\begin{Bmatrix}Q(z)e^{-ipz} \end{Bmatrix}_{z=\infty}

其中p>0C_R是以原点为圆心,R为半径的上半圆弧

作业答案

 

 

 

 

(sinx/x)^n积分的问题

  • n=1

\int_{-\infty}^{\infty}\frac{sin\,x}{x}dx=\pi

\int_{-\infty}^{\infty}\frac{sin\,x}{x}dx=\pi=Im(\int_{-R}^{-\delta}\frac{e^{iz}}{z}dz+\int_{\delta}^{R}\frac{e^{iz}}{z}dz)

\int_{-C_\delta}\frac{e^{iz}}{z}dz+\int_{-R}^{-\delta}\frac{e^{iz}}{z}dz+\int_{\delta}^{R}\frac{e^{iz}}{z}dz+\int_{C_R}\frac{e^{iz}}{z}dz=0

  • n=2

\int_{-\infty}^{\infty}\frac{sin^2\,x}{x^2}dx=\pi

  • n=3

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