|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 n 1 2n 1 |
|
|
|||||||||||||
то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zn |
. Отсюда следует:а) в круге |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
z 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z 1 |
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
n |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
z |
|
1 |
f z |
1 |
|
|
zn . |
Это ряд Тейлора;б) в кольце |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 0 3 |
|
|
2 |
n 1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 n zn |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1 |
z |
|
2 |
f z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. Ряд Лорана содержит |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
3 |
zn |
|
n 0 |
3 2n 1 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
как положительные, так и отрицательные степени z ; |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 n 1 2n 1 1 |
|
|||
в) в кольце |
|
z |
2 |
f z |
. Ряд Лорана содер- |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
3zn |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
||||
жит только отрицательные степени z .
Пример 3. Определить характер особой точки z0 0 для функ-
ций: а) f z |
|
|
|
1 |
|
|
, б) f z |
cos |
1 |
, в) |
f z |
|
1 e z |
. |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Решение. а) |
|
sin z z |
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
Используя |
разложение |
|
|
в |
ряд |
Тейлора |
|||||||||||||||||||
sin z z |
z3 |
|
z |
5 |
|
, получим, что функция, |
стоящая в зна- |
|||||||||||||||||||||
3! |
|
5! |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z0 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
менателе дроби, имеет в точке |
нуль третьего порядка. |
|||||||||||||||||||||||||||
Отсюда следует, |
что функция |
f z |
|
1 |
|
|
имеет в точке |
|||||||||||||||||||||
sin z z |
||||||||||||||||||||||||||||
z0 0 полюс третьего порядка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
||||||||||||||
б) Разложим |
|
cos |
1 |
|
в ряд |
Лорана: |
cos |
1 |
|
|
||||||||||||||||||
|
z |
|
|
2!z2 |
4!z4 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
||||||||
1 n |
|
|
|
|
|
|
|
. Отсюда видно, что главная часть ряда |
||||||||||||||||||||
2n !z2n |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
121
Лорана содержит бесконечно много членов. Поэтому для функ-
ции cos 1 точка z0 0 является существенно особой. z
в) Используя разложение в ряд Тейлора для функции e z в ок-
рестности |
точки |
z0 0, |
получим |
f z |
1 |
1 e z |
|||||||||||||
z |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
|
|
z2 |
|
z3 |
|
z |
z2 |
z3 |
. |
Лорановское |
|||||||
|
|
1 1 z |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
3! |
4! |
||||||||||||||
|
z |
|
2! |
3! |
|
|
2! |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разложение функции в окрестности точки z0 0 не содержит
главной части, поэтому эта точка является устранимой особой точкой.
Задачи и упражнения для самостоятельного решения
1)Используя разложение основных элементарных функций, разложить в ряд по степеням z и указать области сходимости полученных рядов:
а) e z |
2 |
|
|
sin2 z |
|
|
|
|
|
z3e1 z |
|
|
|
|
1 cosz |
|||||||||||||||||
; б) |
|
|
|
|
; в) |
|
; г) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||||||||||||||
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
z4 |
|||||||||||||||||||||||
2) Доказать, что справедливы формулы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
z a |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
а) |
|
|
|
|
|
при |
|
z a |
|
|
|
b a |
|
; |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
b z |
b a n 1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
n 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
1 |
|
|
|
b |
a |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
б) |
|
|
|
|
|
при |
|
z a |
|
|
|
b a |
|
, |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
b z |
z a n 1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
n 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
где a и b - заданные комплексные числа.
Указание: использовать при доказательстве разложение
функции 1 в ряд (геометрическую прогрессию). b z
3)Разложить в ряд Лорана следующие функции в указанных областях:
122
|
а) |
f z |
1 |
|
в кольце |
|
|
0 |
|
z |
|
1 |
|
и в кольце 1 |
|
z |
|
; |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
z2 z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
б) |
f z |
|
2z 3 |
в кольцах 0 |
|
z 1 |
|
1 и |
0 |
|
z 2 |
|
1; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
z2 3z 2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
f z |
|
1 |
|
0 |
|
z i |
|
2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
в) |
|
|
|
в кольце |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
z |
2 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
г) |
f z |
|
1 |
|
|
в кольцах 2 |
|
z |
|
3 и |
3 |
|
z |
|
. |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
z 2 z 3 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
4) |
Найти особые точки функции и определить их тип: |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
а) f z |
|
|
|
; б) f |
z |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z2 |
1 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 cosz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
в) |
f z z2 cos |
|
;г) f |
z |
1 cosz |
; |
д) f z |
z3 1 |
. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
z2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z 1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
Форма отчетности: устный опрос,типовой расчет, коллоквиум.
ЗАНЯТИЕ № 36-37
ВЫЧЕТЫ И ИХ ВЫЧИСЛЕНИЕ. ОСНОВНАЯ ТЕОРЕМА О ВЫЧЕТАХ. ПРИМЕНЕНИЕ ВЫЧЕТОВ К ВЫЧИСЛЕНИЮ ИНТЕГРАЛОВ
Литература:[21], с. 132-137; [23], с. 70-81; [12], с. 172-179; [34], c. 66-75.
Контрольные вопросы и задания
1) Что называется вычетом функции f z относительно осо-
бой точки?
2) Чему равен вычет в устранимой особой точке и почему?
123
3)Как вычисляется вычет в простом и кратном полюсах?
4)Как находится вычет в существенно особой точке?
5)Сформулируйте основную теорему о вычетах. Как применяется теория вычетов к вычислению интегралов по замкнутым контурам?
6)Сформулируйте лемму Жордана. Как применяются вычеты при вычислении несобственных интегралов?
Примеры решения задач Пример 1. Найт и вычеты функции в ее особых точках.
z
f z z 1 z 2 2
Решение. Функция имеет две особые точки: z1 1 - простой полюс и z2 2 - полюс кратности 2. В случае простого полюса
вычет |
|
вычисляется |
|
|
|
по |
формуле |
|
Res f |
z , z |
0 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
lim f z z z |
. |
Для |
z 1 |
получаем |
Res f |
z ,1 |
||||||||||||||||||||||||
z z |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
|
z |
|
|
|
1. |
В случае полюса кратности |
n 1 |
вычет вы- |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
z 1 z 2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
числяется |
|
|
|
|
по |
|
|
|
формуле |
|
|
|
Res f z , z |
|
1 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
n 1 ! |
|||
lim |
dn 1 |
f |
z z z |
0 |
n |
. |
Для |
|
z |
2 |
2 |
и |
n 2 |
получаем |
||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
z z0 dzn 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Res f z , |
2 lim |
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
z 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
z 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Пример |
2. Вычислить |
вычет |
f z e1 z |
в точке z0 0 |
||||||||||||||||||||||||||
.Решение. Для функции e1 z |
точка z0 0 является существенно |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e1 z |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
особой, |
так |
как |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
Поэтому |
||||||||||||||||
|
z |
2!z2 |
3!z3 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
124 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Res f z , 0 c |
1 |
1, |
где c |
|
- |
коэффициент ряда Лорана при |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
z 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|||||
Пример 3. Вычислить интеграл |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
e |
z |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z 2i |
|
2 |
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Решение. Подынтегральная функция |
f z |
|
1 |
имеет внут- |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
z 2i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ez 1 |
|
||||
ри круга |
|
|
2 |
одну особую точку z0 i |
- полюс первого |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
порядка (рис.25). Воспользуемся формулой |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
f1 z |
|
|
f1 z0 . |
|
|
|
Получим |
|
|
|
|
Res f |
z , i |
|||||||||||||||
Res |
|
|
|
, z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
f2 z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
f2 z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1. |
Далее воспользуемся основной теоре- |
||||||||||||||||||
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
z |
|
|
|
|
cos |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
1 |
z i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
мой о вычетах. |
|
|
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
Откуда получим |
|
|
|
|
|
2 iRes f |
z , i 2 i. |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
ez 1 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z 2i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|||
| |
|
|
z |
|
|
- |
||
2 |
||
|
i |
|
|
| |
|
z0=i |
= |
|
2 |
||
|
||
2 |
|
|
x
Рис. 25
Пример 4. Вычислить интеграл
|
|
| |
|
|
||
|
|
|
z |
|
||
|
|
| |
|
|
||
|
|
= |
|
|
||
|
|
2 |
|
|
||
|
|
z0=1 2 |
x |
|||
|
|
Рис. 26 |
|
|||
|
2z 1 cos |
z |
|
dz . |
||
z 1 |
||||||
z |
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
125