Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634558)
Контекстум
.

Ряды и интегралы в комплексной плоскости. Ч. 2: Методические указания (90,00 руб.)

0   0
АвторыСост. Л.А. Зафиевская, Г.В. Шабаршина
ИздательствоЯрГУ
Страниц20
ID206554
АннотацияВторая часть методических указаний посвящена изучению применения теории вычетов к вычислению интегралов. Ее цель научить студентов вычислению интегралов в комплексной плоскости. В качестве приложения теории вычетов рассматривается вычисление интегралов от функции действительного переменного. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 010200 Прикладная математика и информатика (дисциплина "Математический анализ", блок ЕН) и 010100 Математика (дисциплина "Теория функций комплексного переменного", блок ОПД), очной формы обучения.
УДК517
ББК161.55я73
Ряды и интегралы в комплексной плоскости. Ч. 2: Методические указания : Методические указания / Сост. Л.А. Зафиевская, Г.В. Шабаршина .— Ярославль : ЯрГУ, 2004 .— 20 с. — URL: https://rucont.ru/efd/206554 (дата обращения: 18.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Министерство образования и науки Российской Федерации Ярославский государственный университет им. <...> П.Г. Демидова Кафедра дискретного анализа РЯДЫ И ИНТЕГРАЛЫ в комплексной плоскости Часть 2 Ярославль 2004 1 ББК В 161.55я73 Р 98 УДК 517 Составители Л.А. <...> Зафиевская, Г.В. Шабаршина Ряды и интегралы в комплексной плоскости. <...> Вторая часть методических указаний посвящена изучению применения теории вычетов к вычислению интегралов. <...> В качестве приложения теории вычетов рассматривается вычисление интегралов от функции действительного переменного. <...> Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 010200 Прикладная математика и информатика (дисциплина "Математический анализ", блок ЕН) и 010100 Математика (дисциплина "Теория функций комплексного переменного", блок ОПД), очной формы обучения. <...> Рецензент – кафедра математического анализа Ярославского государственного университета им. <...> Вычетом функции f (z ) в изолированной особой точке называется число res[ f ( z ), ∞] = <...> Если a ≠ ∞ и a – устранимая особая точка, то вычет в этой точке равен 0. <...> После доопределения f ( z ) в точке а она становится аналитической в круге z − a ≤ r и по теореме Коши ∫ f ( z )dz = 0 . { z − a = r} Если же устранимая особенность в ∞ , то вычет в этой точке может быть не равен 0. <...> iϕ 2πi { z = R} z 2πi 0 e обхода окружности по часовой стрелке). <...> (2) − c−1 = − 1 ∫ f ( z )dz =res[ f ( z ), ∞] 2πi { z = R} В последней формуле минус возникает за счет того, что при обходе контура против часовой стрелки ограничиваемая им область находится справа. <...> Формулы (2) позволяют вычислять вычеты, если удалось разложить функцию в ряд Лорана в окрестности точки а. <...> Вычислить вычет в точке а = 0 функции f ( z ) = 2 . z Для этого найдем разложение этой функции в ряд Лорана в ctgz cos z и разложения cos z и sin z окрестности нуля. <...> Так как 2 = 2 z z sin z по степеням z известны, то применим метод неопределенных <...>
Ряды_и_интегралы_в_комплексной_плоскости._Ч._2__Методические_указания.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова Кафедра дискретного анализа РЯДЫ И ИНТЕГРАЛЫ в комплексной плоскости Часть 2 Ярославль 2004 1
Стр.1
ББК В 161.55я73 Р 98 УДК 517 Составители Л.А. Зафиевская, Г.В. Шабаршина Ряды и интегралы в комплексной плоскости. Ч. 2: Метод. указания / Сост. Л.А. Зафиевская, Г.В. Шабаршина; Яросл. гос. ун-т. Ярославль, 2004. 19 с. Вторая часть методических указаний посвящена изучению применения теории вычетов к вычислению интегралов. Ее цель – научить студентов вычислению интегралов в комплексной плоскости. В качестве приложения теории вычетов рассматривается вычисление интегралов от функции действительного переменного. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 010200 Прикладная математика и информатика (дисциплина "Математический анализ", блок ЕН) и 010100 Математика (дисциплина "Теория функций комплексного переменного", блок ОПД), очной формы обучения. Рецензент – кафедра математического анализа Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова © Ярославский государственный университет, 2004 © Л.А. Зафиевская, Г.В. Шабаршина, 2004 2
Стр.2
1. Вычеты Если а – изолированная особая точка функции ( )zf вычетом ( )zf в точке а называется число [ res f z a]= ( ), 1 называется число res [ f z ∞ = ( ), ] 2 i {z R равен 0. После доопределения аналитической в круге z a r≤− может быть не равен 0. Пример 1.1. Но [res f z ∞ = ( ), 0 < z a r<− c = n 1 ] ∫ }= 2 i { −z a r ∫ }= f z dz , ( ) где r – достаточно мало (при положительном обходе окружности). Вычетом функции ( ) велико (при обходе окружности z R= по часовой стрелке). Если ∞≠a и по теореме Коши { f z = 1 ( ) 1 , im = z →∞ z z 2 i { z R} z dz = − ∫ = 1 l 1 0, т. е. ∞=z 2 2 i ∫ 1 0 i d i e i e = −1 (минус за счет обхода окружности по часовой стрелке). Если а – изолированная особенность функции ряд Лорана, при этом ( 2 i { − = z a r} z a)n 1 ∫ f ( )z , то в кольце , или если a = ∞, то для a = z R> ее можно разложить в − + dz или cn = f z( ) 3 1 2 i { z R} z ∫ = f z( ) n+1 dz . (1) f ( )z в изолированной особой точке ∞ 1 и ∞≠a , то f z dz , где R > 0 достаточно и a – устранимая особая точка, то вычет в этой точке f ( )z в точке а она становится ∫ ( ) = z− =ra f z dz } 0. Если же устранимая особенность в ∞, то вычет в этой точке устранимая точка. π π π ϕϕϕ π π π π
Стр.3
В частности, 1 c− = res [ f z a]= ( ), − − = − c 1 1 1 2 i {z a r 2 i {z R} = В последней формуле минус возникает за счет того, что при обходе контура против часовой стрелки ограничиваемая им область находится справа. Формулы (2) позволяют вычислять вычеты, если удалось разложить функцию в ряд Лорана в окрестности точки а. При этом нас будет интересовать в этом разложении только один коэффициент c 1− . Это сильно упрощает задачу. Пример 1.2. Вычислить вычет в точке а = 0 функции окрестности нуля. Так как ctgz z2 = 1 z3 1− 1− z z 2! 2 3! 2 + + z z 4! 4 5! 4 z +... = +... z3 ( 0 1 Следовательно, c 1 d=− 1 0d= , d2 −= . Итак, re ctgz 3 1 s    z2 ,0 −=   d 2 = z cos 2 z sin z f z = ( ) ctgz 2 z . Для этого найдем разложение этой функции в ряд Лорана в ctgz и разложения c zos и si zn по степеням z известны, то применим метод неопределенных коэффициентов. + d1z d z2 ...)+ = + 2 2 или res [ f z( ),0 d2 0 d= , 1 3 1 . окрестности полюса, можно сократить и упростить вычисления, если известен порядок полюса. Дело в том, что если 4 При нахождении коэффициентов в ряде Лорана, построенного в a ≠ ∞ - полюс − = d − . Следовательно, приведем подобные члены и приравняем коэффициенты в обеих частях. Получим 2 1 ]= . Перемножим ряды, d 2 3 ! 0 z d 3 0 + z d 2 1 + d2 + + z d3 .... ( ) − = } ( ) ∫ f z dz =re f z a], s[ ( ), (2) ∫ f z dz =res[ f z( ),∞] π π
Стр.4
порядка k, то ряд Лорана содержит лишь конечное, не больше k, число отрицательных степеней можно искать в формуле f z( ) = ∑ ∞ c z a) n ( − . Заметим, что если n k=− порядок полюса равен k > 1, то c− ≠ 0k , другие же коэффициенты, в том числе и вычет 1−c , могут равняться 0. Так, например, если функция ( ) . f z = ( − ) z a k имеет в a полюс 1 порядка k, то в ее лорановском разложении все cn = 0, если n k≠ и c− =1k нуля. Если полюс порядка 1, то вычет в этой точке всегда отличен от Если f z ∑ −∞ ( ) = n k = коэффициента nc называется кратностью полюса в ∞. Вычисление вычета путем выяснения величины 1−c в ряде Лорана обычно применяется, если a - существенно особая точка или определить характер особенности затруднительно. Обычно при вычислении вычета в ∞ также используют разложения в ряд Лорана. В случае полюсов известной кратности можно воспользоваться следующими формулами: 1. Пусть условиям ( ) 0, a = аналитичны в окрестности точки ′ ≠ (a) 0 2. Пусть res f z a] . Тогда [ тична в окрестности точки a, тогда [ res f z a] ( ), = f ( )z представима в виде f z( ) = a o≠ ( ), = f ( )z представима в виде 1 (m−1)! 5 ′ a ( ) ( ) a . f z = ( ) ( 1) a( ) . m− ( − ) z a m z ( ) , ( )z ( ) ( ) z z и , где ( )z ( )z и ( )z удовлетворяет (3) анали(4) cn z f ( )z имеет полюс в ∞, то ряд Лорана имеет вид n , при этом наибольший номер отличного от 0 z a− . Таким образом, ряд сразу n ψ ϕ ϕψ ψ θ ϕψ θ ψ ψ θ
Стр.5