奇点类型
可以是 的任意孤立奇点,三种都行。
无关性
显然积分与 无关,只要
围道
积分围道 不一定 是圆圈,只要是在 中的简单围道即可。
Laurent 展开系数
在 中解析,因此可 Laurent 展开,
其中,
考虑
奇点是 ,是 单极点;
留数
考虑
奇点是 ,是 单极点;
留数
考虑
奇点是 ,是 二阶极点;
留数
考虑
奇点是 ,是 三阶极点;
留数
考虑 ,。
则 原点 是孤立奇点,且是 二阶极点。
以原点为中心,在去心邻域 内,
因此
因此
高阶导数公式
公式 1:Laurent 展开求 次幂系数
公式 2:若 是 -阶极点,则
注意 与 的位置。当 的时候,定义 阶导数
公式 2:若 是 -阶极点,则
说明
由于 在 是 -阶极点,因此在 去心邻域 。用刚介绍的讨论,
公式 3:若 ,其中 在 某邻域内解析,且 ,而 是 的 单零点。则
导数
导数只对分母做。
公式 3:若 ,其中 在 某邻域内解析,且 ,而 是 的 单零点。则
说明
显然 是单极点。利用公式 2,
公式 4:若 ,其中 在 某邻域内解析,且 。则
说明
用上一个公式证明。
且 在所有 附近解析,则
说明
利用公式 3,以及暴力求导结果
例:考虑函数 ,。求 在原点处的留数。
解
或者用公式 2:原点是 -阶极点,因此
(1) 当 时,
(2) 当 时,
例:证明
其中
说明
利用公式 3,以及 ,
其中最后一个等号用了 。
说明
留数定理:设 在单连通或复连通区域 中有 有限个 孤立 奇点 ,且 在 上解析。则
留数定理:设 在单连通或复连通区域 中有 有限个 孤立 奇点 ,且 在 上解析。则
证明思路
对复通区域 使用柯西积分定理即可。
计算积分
求解
首先判断奇点:
一阶极点 二阶极点
求解
第一个留数已经知道了。
求解
计算积分
求解
围道包围奇点为原点,因此 。有许多方法计算。
原点是 可去奇点,因此 主要部分 为
也可以用 Cauchy 积分公式,。
计算积分
求解
先判断奇点:
无穷多个奇点:对称 分布在 两侧。
求解
假设 被围道所包围。
这些都是积分函数的 单极点,除了原点是 可去极点。
求解
于是积分等于
计算积分
求解
假设 在 处有一个 单极点, 是以 为中心半径为 的一小段弧,从辐角 延伸到 。论证
求解
求解
推论:若 在 处有单极点,则小半圆积分给出 半留数
考虑 有理函数 ,以及 积分
利用
重写
注意 ,因此 .
说明
积分微元
考虑 。计算
求解
按公式,
求解
求解
求解
因为
其中 满足如下性质
则有
一致趋零
函数
对 ,,s.t. 当 就有
一致趋零例子
下面是常见的 时一致趋零的函数
证明概要
的积分可以通过添加大半圆变成围道积分,
证明概要
(1) Jordan 引理 (证明见教材):大 一致趋零行为导致
(2) 利用留数定理
主值与一般值
主值与一般值
若一般值确实 存在,则主值 一般值。
的符号
因 ,需要 保证快速衰减 (或不增长
计算积分
求解
由于
积分函数的 单极点 (不含 )

求解
求解
利用等比数列求和公式
计算积分
积分下限
注意下限是 ,不是
求解
积分函数现在是 的形式,其中
求解
另一种思路是取实部:
考虑 ,计算积分
解
解
第二个积分可以利用变量替换 ,
因为 在 上半平面
解
总结
虚部
小心,不能直接用取虚部的方法计算:
则有
主值
此处的符号 同样指代积分
证明大意
要点:绕 的
证明大意
留数定理
其中,左边的完整留数项被右边的半留数项抵消了
考虑 ,计算积分
注意积分下限
解
无关
上述积分结果与
解
大圆弧引理:若 在大圆弧 上 连续,且当圆弧上的点 的大小 ,,则
与之前的 Jordan 引理类似
小圆弧引理:设 在 附近小圆弧上 连续,当 ,,则
解析性
小圆弧引理
若 是 的单极点,则
分子 的的割线与单值分支设定:
无穷近似
升级 后,
通过研究 积分,可以无穷近似
补全积分围道
函数在割线上方 与下方 的取值,
因此 ( 向右, 向左)
积分几乎就是原本 积分
有两种常见的解析区形状:开圆盘、环状
问题:设 在图中开圆盘中解析, 下面三个表达式分别等于多少?
若函数 在图中开圆盘中解析,以 为中心作泰勒展开
问题: 应该取
若函数 在图中开圆盘中几乎处处解析,红点为
问题:是否有 ?
问题:是否有 ?
只有一个奇点
根据设定,f 在去心邻域内解析,因此积分围道只 包围一个奇点 a。