УМК11
.pdfфициент подобия k = f ′(z0 ) = 1e < 1, т.е. отображение производит сжатие в точке z0 , а ϕ = arg f ′(z0 ) = − π2 , т.е. в данной точке происходит вращение на
угол π2 по часовой стрелке.
б) w′ = 3z2 |z=2i = −12 = 12(cosπ + i sin π), откуда следует, что коэффициент растяжения k = 12 , а угол поворота ϕ = π.
ПРИМЕР 2.30. Каково отображение, осуществляемое функцией w = z3 ?
Решение. dwdz = 3z2 . Функция аналитична во всей плоскости, но в точке
z = 0 w′(0) = 0. Поэтому отображение, осуществляемое этой функцией, конформно во всех точках, за исключением точки z = 0. Так как arg w = 3arg z, то лучи arg z = α и arg z = β, выходящие из точки z = 0 и образующие между собой угол ϕ = β − α, отображаются соответственно в лучи arg w = 3α и arg w = 3β, образующие между собой угол φ = 3(β − α) = 3ϕ. Поэтому в точ-
ке z = 0 конформность отображения нарушается в силу того, что нарушается свойство консерватизма углов: углы не сохраняются, а утраиваются.
2.5. ИНТЕГРИРОВАНИЕ ФУНКЦИИ КОМПЛЕКСНОГО ПЕРЕМЕННОГО
2.5.1. Интеграл от функции комплексного переменного |
|||||||||
Пусть в области D плоскости z задана однозначная непрерывная функ- |
|||||||||
ция w = f(z) = u(x,y)+ i v(x,y) |
и пусть L − кусочно-гладкая направленная |
||||||||
кривая, принадлежащая D вместе со своими концами z0 и Z. |
|||||||||
По определению полагают |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
∫ f(z)dz = |
max |
|
lim |
|
→0 |
∑f(ζk ) |
zk , |
(2.34) |
|
L |
|
zk |
|
k=1 |
|
|
Lk = (zk−1 ,zk ) при произ- |
||
|
|
|
|
||||||
где ζk − произвольная точка элементарной дуги |
|||||||||
вольном разбиении |
дуги L |
на |
n |
частей |
точками z0 ,z1 ,K,zn = Z, |
zk = zk − zk−1 .
При данных условиях интеграл от функции f(z) вдоль кривой L, как
предел интегральной суммы (2.34), существует.
Вычисление интеграла от функции комплексного переменного сводится к вычислению двух криволинейных интегралов 2-го рода по формуле
113
∫ f(z)dz = ∫ u(x,y)dx − v(x,y)dy + i ∫ v(x,y)dx + u(x,y)dy . (2.35)
L L L
Из формулы (2.35) следует, что на интегралы от функции комплексного переменного распространяются известные свойства криволинейных интегралов.
Если кривая задана параметрическими уравнениями x = x(t), y = y(t), α ≤ t ≤ β, что равносильно одному уравнению в комплексной форме z(t) = x(t)+ i y(t), α ≤ t ≤ β, то имеет место удобная для вычисления интеграла формула
∫ f(z)dz = ∫β f[z(t)]z′(t)dt . |
(2.36) |
|
L |
α |
|
2.5.2. Вычисление интеграла от аналитической функции
Интеграл ∫ f(z)dz , вообще говоря, зависит от пути интегрирования. Ус-
L
ловием независимости интеграла от пути интегрирования является аналитичность подынтегральной функции.
Важную роль в теории функций комплексного переменного играет интегральная теорема Коши. Приведем две формулировки теоремы для одно- и многосвязной области.
Пусть L − кусочно-гладкая замкнутая кривая, будем ее называть замкну-
тым контуром. |
(для односвязной области). Пусть функция f(z) анали- |
|||
Теорема Коши |
||||
тична в односвязной области D, |
тогда для любого замкнутого контура L D |
|||
(рис. 2.20) имеет место равенство |
|
|
||
∫f(z)dz = 0. |
|
|
(2.37) |
|
L |
|
|
|
|
Теорема Коши (для многосвязной области). Пусть f(z) |
аналитична в |
|||
многосвязной области D, ограниченной внешним контуром L0 и внутренними |
||||
контурами L1 ,L2 ,K,Ln . Тогда имеет место равенство |
|
|||
∫ f(z)dz = ∫ f(z)dz + ∫ f(z)dz+K+ ∫ f(z)dz |
(2.38) |
|||
L0 |
L1 |
L2 |
Ln |
|
при условии, что интегрирование по всем контурам производится против часовой стрелки (рис. 2.21).
Как следствие последней теоремы (для двусвязной области) следует от- |
||
метить утверждение: если f(z) |
аналитична в области D всюду, кроме z0 D, |
|
то |
|
|
∫ f(z)dz = ∫ f(z)dz, |
(2.39) |
|
L1 |
L2 |
|
114
где L1 и L2 − произвольные |
контуры |
в |
D, содержащие особую точку |
||||
z0 .(рис.2.22). |
|
|
|
||||
Y |
|
Y |
z |
||||
|
|
|
|
|
|
|
L1 |
|
|
|
|
|
|
|
L0 |
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
Ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L2 |
0 |
|
|
|
|
X |
0 |
X |
Рис. 2.20 |
|
|
Рис. 2.21 |
Y
•z0 L1
L2 D
0 |
X |
Рис. 2.22
Для аналитической функции имеет место формула Ньютона - Лейбница
z∫2 |
f(z)dz = F(z)|zz2 = F(z |
2 )− F(z1 ), |
(2.40) |
z1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
где F(z)− первообразная для f(z), т.е. F′(z) = f(z). Этой формулой |
можно |
пользоваться для вычисления интеграла вдоль пути, лежащего в односвязной f(z)− аналитична, если известна первообразная для f(z).
Техника нахождения неопределенных интегралов в комплексном анализе та же, что и в действительном, таблица основных интегралов в обоих случаях одинакова.
115
|
|
|
|
2.5.3. Интегральная формула Коши |
||||
Если f(z) аналитична в области D, z0 |
D и L D −контур, охваты- |
|||||||
вающий точку z0 , то имеют место следующие формулы: |
||||||||
f(z0 ) = |
1 |
|
∫ |
f(z) dz, |
(2.41) |
|||
|
|
|
||||||
|
2πi L z − z0 |
|
||||||
f (n) (z0 ) = |
|
n! |
∫ |
f(z) n+1 dz , |
(2.42) |
|||
2πi |
||||||||
|
|
L (z |
− z0 ) |
|
(контур L может быть объединением контуров L0 ,L1 ,L2 ,K,Ln (рис. 2.21)).
Формула (2.41) называется интегральной формулой Коши, а интеграл в правой части (2.41) - интегралом Коши. Интегральная формула Коши позволяет находить значение аналитической функции в любой точке, лежащей внутри области D, если известны значения этой функции на контуре L, ограничивающем D. Если точка z0 лежит вне области D, то интеграл Коши равен нулю в
силу теоремы Коши, так как в этом случае подынтегральная функция является аналитической в области D.
Формулы (2.41) и (2.42) могут служить для вычисления интегралов по замкнутым контурам.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 2.31. Вычислить интеграл ∫(1 + i − 2 z)dz по линиям, соеди-
|
|
|
|
L |
|
няющим точки z1 |
= 0 и z2 |
= 1 + i ; а) по прямой, б) по параболе y = x2 (рис. |
|||
2.23). |
|
|
Решение. Функция f(z) = 1 + i − 2 z |
||
Y |
|
|
|||
z |
|
не является аналитической (проверьте !), |
|||
|
|
|
поэтому |
вычисление интеграла |
возможно |
|
z2 =1 + i |
как по формуле (2.35), так и по формуле |
|||
|
|
|
(2.36). Найдем действительную и мнимую |
||
|
|
|
части |
подынтегральной |
функции: |
|
|
|
u = 1 − 2x, v = 1 + 2y . По формуле (2.35) |
||
z1 = 0 |
1 |
X |
имеем: ∫(1 + i − 2 z)dz = |
|
|
L |
|
|
|||
|
|
|
= ∫(1 − 2x)dx −(1 + 2y)dy + |
Рис. 2.23 |
L |
|
|
+ i∫(1 |
+ 2y)dx + (1 − x)dy . |
||
|
L
116
а) |
уравнение |
отрезка |
прямой, проходящей через точки z1 и z2 : |
y = x, 0 ≤ x ≤ 1; значит dy = dx . Тогда получаем |
|||
∫(1 + i − 2z)dz = 1∫[(1 − 2x)−(1 + 2x)]dx + i1∫[(1 + 2x)+ (1 − 2x)]dx = |
|||
= −2 −L |
2i . |
0 |
0 |
б) Первый способ. Уравнение дуги параболы: y = x2 , 0 ≤ x ≤ 1; значит,
dy = 2x dx и
∫(1 + i − 2z)dz = 1∫[(1 − 2x)− (1 + 2x 2 )2x]dx +i1∫[(1 + 2x 2 )+ (1 − 2x)2x]dx =
L |
0 |
0 |
= −2 + |
4 |
i . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Второй способ. Воспользуемся формулой (2.36). Параметрические урав- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
нения параболы имеют вид: x = t, |
y = t2 , 0 ≤ t ≤ 1, а в комплексной форме - |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
z(t) = t + i t2 . Находим z′(t) = 1 + 2 i t, z = t − i t2 и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
∫(1 + i − 2 z)dz = ∫1 (1 + i − 2t + 2 i t2 )(1 + 2 i t)dt = −2 + |
4 |
i. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
L |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
∫( |
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
ПРИМЕР 2.32. Вычислить интеграл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
3+4i z2 − |
3 dz. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. Так как f(z) = z2 − 3 аналитична всюду, |
то по формуле Нью- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3+4i |
|
|
|
|
z |
3 |
|
|
|
|
3+4i |
(3 + 4i) |
3 |
− i |
3 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
тонаЛейбница (2.40) имеем ∫(z2 − |
3)dz = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
− 3z |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
[ |
|
|
|
|
] |
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
3 |
|
|
|
i |
|
3 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
− 3 (3 + 4 i)− i |
|
= −48 |
+ 6i . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
πi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРИМЕР 2.33. Вычислить интеграл |
2∫z ez dz. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Функции f(z) = z |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Решение. |
|
и ϕ(z) = ez являются аналитическими |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
всюду. Применяя формулу интегрирования по частям, получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
πi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 i |
|
|
|
|
|
|
πi |
|
|
|
|
|
πi |
πi |
|
|
|
πi |
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
z |
|
|
|
z |
|
2 |
|
z |
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
∫z e |
dz = z e |
|
2 |
− ∫e |
dz = |
e 2 − e |
|
2 |
|
− |
− i . |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
+1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
ПРИМЕР 2.34. Вычислить интеграл ∫z ez dz по контуру L : |
|
z |
|
= 3. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
Решение. Так как f(z) = z ez |
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
аналитична всюду и контур интегрирования |
z = 3 − замкнутый, то в силу теоремы Коши (2.37): ∫z ez dz = 0.
z =3
117
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРИМЕР 2.35. Вычислить ∫ |
z3 |
dz, где |
а) L − окружность |
|
z |
|
= 2 , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L z − 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
= 4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) L − окружность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. |
а) Функция f(z) = |
z3 |
|
|
аналитична в замкнутом круге |
|
z |
|
≤ 2, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
z − 3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
поэтому по теореме Коши |
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
dz |
= 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
z − |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
Воспользуемся |
интегральной |
|
|
формулой |
Коши |
|
|
|
(2.41), |
|
|
|
|
|
положив |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
f(z) = z3 |
|
z0 = 3. Функция |
|
f(z) |
= z3 |
|
|
аналитична |
в |
круге |
|
|
|
|
z |
|
|
|
≤ 4, |
а |
точка |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
z0 = 3 |
|
|
лежит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
этом |
|
|
круге. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поэтому |
||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
z |
|
∫=4 |
z |
dz = 2πi z3 |
z=3 = 2πi 27 = 54 πi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
z −3 |
|
cosz |
|
|
|
|
|
|
dz . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРИМЕР 2.36. Вычислить интеграл |
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(z + 3)(z −1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=2 |
|
|
z |
|
|
|
|
= 2 , находится |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. Внутри области, ограниченной окружностью |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
одна точка z0 = 1, в которой знаменатель дроби обращается в нуль. |
cosz |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для применения формулы (2.41) |
интеграл перепишем в виде ∫ |
|
z + 3 |
dz. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (z)= |
cosz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=2 |
z −1 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
Здесь функция |
|
является аналитической в круге |
|
|
|
|
|
z |
|
≤ 2, |
а точка |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
z + 3 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
z0 = 1− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
внутренняя |
|
|
точка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
круга, |
|
|
|
|
|
поэтому |
|
|
|
имеем |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
f (z)dz |
cos z |
|
|
|
|
|
πi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
z |
|
∫=2 |
|
= 2πi z + 3 z=1 |
= |
|
|
2 cos1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
z −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
|
sinz |
dz . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРИМЕР 2.32. Вычислить интеграл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=4 z2 + 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. |
В круге |
|
|
z |
|
≤ 4 функция f(z) = |
sin z |
|
|
аналитическая всюду, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z2 |
+ 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
кроме точек z1 |
= 2 i и z2 |
= −2 i . Вырежем из данного круга области δ1 |
и δ2 , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ограниченные любыми непересекающимися замкнутыми контурами l1 |
и l2 , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
причем l1 D и l2 |
D (рис. 2.24). Тогда в силу теоремы Коши для много- |
связной области (формула (2.38)) имеем
118
I = |
∫ |
sin |
z |
|
dz = ∫ |
sin2 |
z dz |
+ ∫ |
sin2 |
z dz |
= I1 + I2 . В качестве l1 и l2 можно |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
z |
|
=4 |
z + 4 |
|
l1 |
z |
+ 4 |
l2 |
z |
+ 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть l1 = {z : |
|
|
|
|
=1}и |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
взять любые контуры, в частности, окружности. |
|
z − 2i |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l2 |
= {z : |
|
z + 2i |
|
=1} (рис. 2.24). Каждый из ин- |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тегралов I1 |
и |
|
|
I2 |
можно |
вычислить |
по инте- |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
= 4 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гральной формуле Коши I1 = ∫ |
|
|
sin z |
dz |
= |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z + 2 i z − 2 i |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
l1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l1 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 2πi |
|
sin z |
|
|
|
= |
πsin 2i |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z + 2 i |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
z=2 i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
l2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− 2i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
= ∫ |
|
sin z |
|
dz |
|
= 2πi |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z − 2 i z + 2 i |
z − 2 i |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l2 |
|
|
z=2 i |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= − |
πsin(−2i) |
. |
|
|
Таким |
|
|
|
|
|
образом, |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I = I1 + I2 |
= |
|
[sin 2i − sin(− 2i)]= |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
e2 i2 − e−2 i2 |
|
|
e−2 i2 |
− e2 i2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
= |
π |
− |
= − |
π |
|
e2 |
− e−2 |
|
= i πsh 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
2 |
|
|
|
2 i |
|
|
|
|
2 i |
|
i |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
ПРИМЕР 2.37. Вычислить интеграл |
∫ |
|
|
ez dz |
4 , где L − произвольный |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
(z + |
2) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
замкнутый контур, однократно обходящий точку z = −2 в положительном направлении.
Решение. Внутри контура подынтегральная функция |
ez |
|
|
является |
|
(z + 2)4 |
аналитической всюду, кроме точки z0 = −2 . Для вычисления интеграла вос-
пользуемся формулой (2.42), выделив аналитическую в указанной области |
||||||
функцию f(z) |
= ez , полагая |
n = 3. Так как f ′′′(z) = ez , то в соответствии с |
||||
(2.42) ∫ |
ez dz |
|
= |
2πi |
f ′′′(− 2) = πi e−2 . |
|
|
4 |
|
||||
L (z + 2) |
3! |
|
3 |
119
2.6.РЯДЫ В КОМПЛЕКСНОЙ ОБЛАСТИ
2.6.1.Ряды с комплексными членами
∞
Ряд ∑an = a1 + a2 +K+an +K, (2.43)
n=1
где a n = αn + iβn , есть числовой ряд с комплексными членами.
∞
Если сходится ряд ∑ an , то сходится и ряд (2.43), называемый в этом
n=1
случае абсолютно сходящимся.
Сходимость ряда (2.43) с комплексными членами эквивалентна сходимо-
∞ |
∞ |
сти рядов ∑αn и |
∑βn с действительными членами. В силу этого ряд теорем, |
n=1 |
n=1 |
относящихся к рядам с действительными членами, в том числе признаки сходимости, переносятся на ряды с комплексными членами.
Функциональный ряд вида
∑∞ a n (z − z0 )n , (2.44)
n=0
где an , z0 − комплексные числа, z − комплексное переменное, называется степенным рядом по степеням z − z0 . В частности, при z0 = 0 имеем ряд
∞
∑an zn по степеням z.
n=0
Как следует из теоремы Абеля, областью сходимости степенного ряда (2.44) является круг z − z0 < R с центром в точке z0 , радиус R которого мо-
жет быть определен применением признаков Даламбера и Коши. Приведем их формулировки.
Признак Даламбера. Если существует конечный предел lim a n+1 = l,
n→∞ a n
то при 0 ≤ l <1 ряд (2.43) сходится абсолютно, а при l >1 − расходится (при
∞
l >1 расходится не только ряд ∑ a n , но и ряд (2.43)).
n=1
Признак Коши. Для числового ряда (2.43) положим lim n a n |
= l. То- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n→∞ |
|
|
|
|
|||
гда, если 0 ≤ l <1, то ряд сходится абсолютно, если l >1 − ряд расходится. |
|||||||||||||||||
Обобщением степенного ряда (2.44) является ряд |
по целым отрицатель- |
||||||||||||||||
ным степеням z − z0 вида |
a −1 |
|
a −2 |
|
|
a −n |
|
|
|
|
|
||||||
∑∞ a |
|
(z − z |
|
)−n = |
+ |
+K+ |
|
|
+K |
(2.45) |
|||||||
−n |
0 |
|
(z − z0 )2 |
(z − z0 )n |
|||||||||||||
n=1 |
|
|
z − z0 |
|
|
|
|
|
|||||||||
Областью сходимости этого ряда является внешность круга |
|
|
z − z0 |
|
> r , где r |
||||||||||||
|
|
||||||||||||||||
определяется также с помощью признаков Даламбера и Коши. |
|
|
|
|
|
120
Функция w = f(z), однозначная и аналитическая в точке z0 , разлагается в окрестности этой точки в степенной ряд
∞
f(z) = ∑an (z − z0 )n , (2.46)
n=0
коэффициенты которого определяются по формулам |
|
|
||||||||||||||
an = |
f (n)(z0 ) |
или an = |
1 |
|
|
|
∫ |
f(z)dz |
|
(n = 0,1,2,K) |
(2.47) |
|||||
|
|
|
|
|
|
n+1 |
||||||||||
|
n! |
|
2πi |
|
|
|
z−z0 |
|
=ρ (z − z0 ) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Этот ряд называется рядом Тейлора для функции f(z). |
|
|
||||||||||||||
Радиус R круга сходимости |
|
|
z − z0 |
|
|
< R ряда Тейлора (2.46) - (2.47) ра- |
||||||||||
|
|
|||||||||||||||
вен расстоянию от точки z0 до |
|
ближайшей |
|
к z0 особой точки функции f(z) |
(особая точка, это такая точка в которой функция не является аналитической). Приведем разложение в ряды Тейлора некоторых элементарных функций
в окрестности точки z0 = 0 .
|
|
|
|
z |
|
|
|
z |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
z |
n |
|
|
|
|
|
∞ |
z |
n |
|
|
|
(R = ∞), |
|
|
|
||||||||||||
|
ez = 1 + |
|
+ |
|
|
+K+ |
|
|
+K= ∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n! |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1! |
|
2! |
|
|
|
|
|
|
|
|
n! |
|
|
|
|
|
n=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
2n+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
z |
2n |
|
|
|
|||||||
|
sin z = ∑ |
(−1)n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
cosz = |
∑(−1)n |
|
|
|
(R = ∞), |
||||||||||||||||||||||||
|
(2n + |
1)! |
|
(2n)! |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=0 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
∞ |
|
|
z |
2 n+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
2 n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
sh z = ∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
ch z = ∑ |
z |
|
|
|
|
|
|
(R = ∞), |
|
(2.48) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
n=0 (2n +1)! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=0 (2n)! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
1 = ∑zn , |
|
|
|
|
|
|
ln(1 |
+ z) |
= ∑(−1) |
n+1 |
z |
n |
(R = 1). |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 − z |
n=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Функция f(z), однозначная и аналитическая в кольце r < |
|
z − z0 |
|
< R (не |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
исключаются случаи, |
когда r = 0, R = ∞), |
разлагается в этом кольце в обоб- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
щенный степенной ряд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
f(z) = |
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
∑an (z − z0 )n |
= |
|
|
∑an (z − z0 )n |
+ ∑an (z − z0 )n , |
|
(2.49) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n=−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
коэффициенты которого определяются по формулам: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
( |
z dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
an = |
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.50) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2πi |
|
z−z0 |
|
=ρ (z − z0 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r<ρ<R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Этот ряд называется рядом Лорана функции f(z). |
|
|
|
|
|
|
|
121
|
(z) = |
−1 |
|
(z − z |
|
) |
n |
∞ |
a −n |
|
В формуле (2.49) ряд f |
∑a |
|
|
= ∑ |
называет- |
|||||
|
|
|
(z − z0 )n |
|||||||
1 |
|
n=−∞ |
n |
|
0 |
|
|
n=1 |
|
ся главной частью ряда Лорана, а ряд
∞
f2 (z) = ∑a n (z − z0 )n − называется правильной частью ряда Лорана.
n=0
Формулы (2.50) малоудобны для вычисления коэффициентов ряда Лорана, поэтому часто для разложения функции в ряд Лорана пользуются искусственными приемами, которые будут рассмотрены на примерах. Ряды Тейлора и
Лорана функции f(z) определяются единственным образом. Эти ряды в области сходимости можно почленно дифференцировать и интегрировать.
Примеры решения задач
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ n!(e − i)n |
|
||||||
ПРИМЕР 2.38. Исследовать на сходимость ряд ∑ |
|
|
|
|
|
. |
|
||||||||||||||
|
|
|
nn |
|
|
||||||||||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
||
К ряду из абсолютных величин членов данного ряда применим |
|||||||||||||||||||||
признак Даламбера: |
lim |
|
a |
n+1 |
|
= lim |
|
(n +1)!(e −i)n+1 n n |
|
= |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
(n +1)n+1 n!(e −i)n |
|
|
|
|
||||||||||||
|
a n |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
n→∞ |
|
|
|
n→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
n |
n |
= e |
2 |
|
|
|
|
+ |
1 |
−n |
= |
e2 +1 |
= |
1 + |
1 |
>1. |
|||||
= e −i lim |
|
|
|
+1 lim 1 |
n |
|
e |
e2 |
|||||||||||||
n→∞ n +1 |
|
|
|
|
|
|
n→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, ряд расходится.
ПРИМЕР 2.39. Найти радиус и круг сходимости рядов
∞ |
z |
n |
|
∞ |
( |
z + i −1 |
|
n |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
а) ∑ |
|
|
; |
б) ∑ |
|
|
) |
|
. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
n |
|
|
n |
|
|
|
|
|
||||||
n=0 (1 |
+ i n)n |
|
n=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
e2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 + i e2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. а) Применим признак Коши к ряду из абсолютных величин |
||||||||||||||||||
данного ряда |
lim n |
u n |
= lim n |
|
|
|
z n |
|
|
|
= z lim |
1 |
= lim |
z |
= |
|||
|
|
n→∞ |
|
n→∞ |
(1 + in)n |
|
|
|
|
n→∞ 1 |
+ in |
n→∞ 1 |
+ n 2 |
|
= 0 <1. Следовательно, данный ряд сходится, и притом абсолютно, для всех z. Роль круга сходимости выполняет вся плоскость, радиус сходимости R = ∞.
б) По признаку Даламбера имеем
122