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文档简介
1.
留数的定义
2.
留数定理
3.
留数的计算规则§2 留数(Residue)1.
留数的定义定义
设z0为f
(z)的孤立奇点,
f
(z)在z0邻域内的洛朗级数中负幂次项(z-z0)–1的系数c–1称为f
(z)在z0的留数,记作Res[f
(z),z0]或Res
f
(z0)。+¥n=-¥nnc
(z
-
z
)0由留数定义, Res[f
(z),
z0]=
c–1
(1)设f
(z)=cdz-10-1
c
z
-
zf
(
z)dz
=
c=
2pic(
z0是f
(
z
)的弧立奇点
,
c包含z0在其内部
)对上式两边沿简单闭曲线c逐项积分得:(2)0f
(z)dzc=
1-12pi故
Res[
f
(z),
z
]
=
c2.
留数定理c
f
(z)dz
=
2pi
Re
s[
f
(z),
zk
]
(3)定理设c是一条简单闭曲线,f
(z)在c内有有限个弧立奇点z1
,z2
,,zn
,除此以外,f
(z)在c内及c上解析nk
=1证明用互不包含,互不相交的正向简单闭曲线ck(k
=1,2,n),将c内的弧立奇点zk围绕,Dcznz1z3z2nncnf
(z)dz1c
f
(z)dz
=
12pi
k
=1
2pif
(z)dzc
f
(z)dz
=
cf
(z)dz
+
c21f
(z)dz
+
+
cn由复合闭路定理得:用2pi
除上式两边得:=
Re
s[
f
(z),
zk
]k
=1nk
=1故
c
f
(z)dz
=
2piRe
s[
f
(z),
zk
]得证!
求沿闭曲线c的积分,归之为求在c中各孤立奇点的留数。3.
留数的计算规则一般求Res[f(z),z0]是采用将f(z)在z0邻域内展开成洛朗级数求系数c–1的方法,但如果能先知道奇点的类型,对求留数更为有利。以下就三类奇点进行讨论:(i)若z
=z0为可去奇点
c-1
=0
Re
s[f
(z),z0
]=0规则I(4)Re
s[
f
(
z),
z0
]
=
lim(
z
-
z0
)
f
(
z)若z0是f
(z)的一级极点,z
fi
z0规则II
若z0是f
(z)的m级极点(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为极点时,求Re
s[f
(z),z0
]有以下几条规则c
(z
-
z
)n
n
0-¥展开+¥(ii)若z
=
z
为本性奇点
f
(z)
=+c
(z
-
z
)m
+事实上,由条件-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
)
乘上式两边
,
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
0两边求m
-1阶导数得dzmm
-1
{(z
-z0
)
f
(z)}=(m
-1)!c-1
,移项得(5)式.d
m
-1limz
fi
z0
当m=1时,式(5)即为式(4).00Q'(z
)p(z0
)
(6)Q(z)p(z0
)
„
0,
Q(z0
)
=
0,
Q'(z0
)
„
0
设f
(z)
=
p(z)
p(z),
Q(z)在z
处解析,规则III1的一级极点,Q(z)\z0为Q(z)的一级零点,从而z0为z0是f
(z)的一级极点,且Re
s[f
(z),z0
]=事实上,
Q(z0
)=0及Q'(z0
)„01
10Q(
z
)
z
-
zj
(z
)(j
(z
)在z0处解析且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)
得证!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则z0为f
(z)的-级极点,由规则Iz
=2
z(z
-
1)2
5z
-
2
dz计算:例1z(z
-
1)2解
f
(z)
=
5z
-
2
在
z =
2的内部有一个一级极点Re
s[
f
(
z
),0]
=
lim
zf
(
x
)
=
lim
5z
-
2
=
-2z
fi
0
(
z
-
1)
2z
=0和一个二级极点z
=1由规则I1
5z
-
2
}d
{(z
-1)2Re
s[
f
(z),1]
=
limzfi
1
(2
-1)!
dz
z(z
-1)2z
fi
0由规则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计算
z
dz例2解
f
(z)有4个一级极点:–1,–i都在圆周c内,Q'(z)
4z
3
4z
2=P(z)
=
z
1由规则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
计算解f
(z)=cos
z
有一个z
=0的三级奇点\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由规则I(n
˛
N
)计算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
为一级极点,由法则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 由留数定理得:
(1)要灵活运用规则及洛朗级数展开来求留数,不要死套规则。z6Q(z)f
(z)
=
P(z)
=
z
-
sin
z\z
=0是p(z)的三级零点,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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