matan4_bel
.pdfТФКП (мат. анализ часть 4) семестр 4, лекция 6, стр. 4 из 5
2) f2 (z) = z3e1z - регулярна везде, кроме z = 0 , т.е. регулярна в области 0 < z < +∞ . Это кольцо
(r = 0; R = ∞) f2 (z) |
|
разложима в ряд Лорана. |
|
||||||||||||||||||||||||||||
∞ |
w |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ew = ∑ |
|
; положим w = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
n=0 |
n! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
∞ |
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
e1 z = ∑ |
|
|
|
= 1+ |
+ |
|
|
|
+ |
+... |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
n=0 |
n! zn |
|
|
z 2!z2 |
|
3!z3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
∞ |
1 |
|
|
∞ |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
z |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
||||||
z3e1 z = ∑ |
|
z3 |
= ∑ |
|
|
|
= z3 + z2 + |
+ |
+ |
+ |
+... |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
n=0 |
n! |
n=0 |
|
n! zn−3 |
|
|
|
2! 3! 4!z 5!z2 |
|
Обратим внимание на то, что у этого ряда Лорана первые 4 слагаемые составляют правильную часть, а остальные – главную.
3) f3 |
(z) = |
|
1 |
|
|
|
. Существуют две области регулярности этой функции (см. рис. 3.2) с центром в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z − 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
z0 |
= 0: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
D1 : |
|
z |
|
< 2 |
|
|
круг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
D2 : 2 < |
|
z |
|
< +∞ кольцо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
В круге D1 |
|
f3 (z) разложится в ряд Тейлора: |
|
|
= − 1 1+ z |
+ z |
|
+ ... |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
= − |
1 |
|
|
|
|
= − |
|
1 |
|
|
|
|
= − |
1 ∑ z |
|
|
= −∑ z |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
n |
|
∞ |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||
|
z − 2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 − z |
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
2 n=0 2n |
n=0 zn+1 |
|
2 2 |
4 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рис. 3.2 |
|
||||
В силу формулы суммы бесконечно убывающей геометрической прогрессии |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
z |
|
< 1 |
|
z |
|
< 2 , т.е., действительно, ряд сходится в D . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В кольце D2 |
f3 (z) разложится в ряд Лорана |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
n |
|
∞ |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
f3 |
(z) = |
1 |
|
= |
1 |
|
|
|
= |
1 |
∑ |
2 |
= ∑ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
z − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
n |
n+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 z(1− 2 z) |
|
|
n=0 z |
n=0 |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
< 1 2 |
< |
|
z |
|
, т.е. ряд сходится именно в D |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замечание: Для 1-го из этих двух рядов «по степеням z» синонимично «в окрестности z0 = 0 ». Для 2-го ряд по степеням z является рядом в окрестности z = ∞ .
Задача:
Для функции |
f (z) = |
|
|
|
|
1 |
|
|
написать ряд Лорана, сходящийся в кольце 1< |
|
z − 2 |
|
< 2 . |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z(z |
−1)(z − 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Т.к. центром кольца является точка |
z0 |
= 2 , то ряд Лорана будет иметь вид ∑ an (z − 2)n . Всего |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=−∞ |
||||
таких рядов можно написать 3 штуки по числу областей регулярности функции (D1; D2 ; D3 ) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(см. рис. 3.3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
f (z) = |
A |
+ |
|
B |
|
+ |
C |
|
|
|
= |
A(z −1)(z − 2) + Bz(z − 2) + Cz(z −1) |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
z −1 |
|
|
|
z − |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
z(z −1)(z − 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
z = 0 : 2A = 1 A = 1 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
z = 1: − B = 1 B = −1 f (z) = |
1 |
− |
|
1 |
+ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2(z − 2) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2z |
|
z |
−1 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
б) |
|
|
в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z = 2 : 2C = 1 C = 1 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
n |
|
n |
||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
(−1) (z − 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
а): |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
= ∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z − 2 |
|
|
|
|
2n+2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 z |
|
|
|
2 2 + (z − 2) 4 |
|
1+ |
|
|
n=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
= |
z − 2 |
|
< 1 |
|
z − 2 |
|
< 2 (G ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рис. 3.3 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТФКП (мат. анализ часть 4) семестр 4, лекция 6, стр. 5 из 5
б) : 1 = |
1 |
|
|
= 1 |
1 |
|
|
= |
|
1 ∑(−1)n |
1 = |
∑ (−1) |
n |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
∞ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
z −1 1+ (z − 2) z − 2 1+ |
|
1 |
|
|
z − 2 n=0 |
(z − 2)n |
n=0 (z − 2)n+1 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
z |
− 2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
q |
|
= |
1 |
< 1 |
|
z − 2 |
|
> 1 |
|
|
|
|
(G ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
z − 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
− уже разложено по (z − 2) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
в): |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
2(z − 2) |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
Итак, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
∞ (−1)n (z − |
2)n |
∞ |
(−1)n |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
f (z) = ∑ |
|
|
|
|
|
|
− ∑ |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2(z − 2) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
n=0 |
2n+2 |
|
|
|
n=0 (z − 2)n+1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Область сходимости G1 ∩G2 |
= D2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Задача (аналог Т.Р. № 3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Получить все разложения |
f (z) в ряд по степеням z − z0 : |
|
|
|
f (z) = |
z5 |
|
, z |
|
= 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z2 + 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
В точке z0 |
= 0 f (z) регулярна, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
следовательно 2 области регулярности (см. рис. 3.4). |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
D1 : |
|
|
|
z |
|
< 2 |
круг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
D2 : |
|
z |
|
> 2 |
кольцо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
2 различных ряда. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
∞ |
n |
|
2n |
|
∞ |
n |
|
2n+5 |
|
D1 : f (z) = z5 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
= |
z |
|
∑(−1) z |
|
|
= ∑(−1) z |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
z |
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
n=0 |
4n |
|
|
|
n=0 |
4n+1 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
1+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
И это ряд Тейлора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
∞ |
(−1) |
n |
4 |
n |
∞ |
(−1) |
n |
4 |
n |
||
D : f (z) = z5 |
|
|
|
|
|
|
= z3 ∑ |
|
|
= ∑ |
|
, |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z2n−3 |
|||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
+ |
4 |
|
|
|
n=0 |
z2n |
|
n=0 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И это ряд Лорана.
, |
z2 |
< 1 |
|
z |
|
< 2 |
рис. 3.4 |
|
|
|
|||||||
4 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
< 1 |
|
z |
|
> 2 |
|
|
|
|||||
z2 |
||||||
|
|
|
|
|
ТФКП (мат. анализ часть 4) семестр 4, лекция 7, стр. 1 из 4
Изолированные особые точки.
1. Нули регулярной функции.
Точка z0 называется нулем n-го порядка регулярной функции f (z) , если
f (z0 ) = f ′(z0 ) = ... = f (n−1) (z0 ) = 0, |
а f (n) (z0 ) ≠ 0. |
||
Пример: |
|
|
|
w = (z − i)3 w(i) = 0; |
|
|
|
w′(z) = 3(z − i)2 w′(i) = 0; |
|
|
|
w′′(z) = 6(z − i) w′′(i) = 0; |
|
|
|
w′′′(z) = 6 w′′′(i) = 6 ≠ 0 |
z |
0 |
− нуль третьего порядка для w = (z − i)3 |
Теорема. Если z0 |
- нуль порядка m - регулярной функции f (z) , то ее ряд |
Тейлора начинается со степени (z − z0 )m . Доказательство:
Коэффициенты ряда Тейлора регулярной функции f (z) находятся по формуле:
C |
= |
1 |
f (n) (z |
|
) |
|
|
||||
n |
|
n! |
0 |
|
|
Если z0 - нуль порядка m , то для n < m f (n) (z0 ) = 0, а f (m) (z0 ) ≠ 0 |
|||||
Cn = 0(n < m),Cm ≠ 0 Ряд Тейлора имеет вид: |
|
|
|||
f (z) = Cm (z − z0 )m + Cm+1 (z − z0 )m+1 + ... |
|
|
|
|
(*) |
Ч.т.д.
Следствие:
Чтобы f (z) - регулярная в окрестности точки z0 , имела в этой точке нуль порядка m , необходимо и достаточно, чтобы имело место следующее представление:
f (z) = (z − z0 )m ϕ(z) , где ϕ(z) - регулярна в окрестности точки z0 и ϕ(z) ≠ 0 .
Доказательство:
Из (*) следует, что |
|
|
|
|
|
|
||||
f (z) = (z − z |
0 |
)m C |
m |
+ C |
(z − z |
0 |
)+ ... = (z − z |
0 |
)m ϕ(z) , где |
ϕ(z) сумма ряда Тейлора, |
|
|
m+1 |
|
|
|
|
||||
стоящего в квадратных скобках, т.е. ϕ(z) |
- регулярна и ϕ(z0 ) = Cm ≠ 0 . |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч.т.д. |
|
Замечание: |
|
|
|
|
|
|
||||
Самостоятельно докажите «в обратную сторону». |
|
|||||||||
Пример: |
|
|
|
|
|
|
|
|||
f (z) = z2 − sin2 z |
имеет в z0 |
= 0 нуль порядка 4. Действительно, |
||||||||
f (0) = 0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f′(0) = (2z − 2sin z cos z)|z=0 = 0;
f′′(0) = (2 − 2cos2z)|z=0 = 0;
f′′′(0) = 4sin2z |z=0 = 0;
fIV (0) = 8cos2z |z=0 = 8 ≠ 0;
С другой стороны,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТФКП (мат. анализ часть 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
семестр 4, лекция 7, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стр. 2 из 4 |
|
f (z) = z2 − |
1− cos2z |
= z2 − |
1 |
+ |
1 |
cos2z = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
(2z)2 |
|
|
(2z)4 |
|
|
(2z)6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
= z |
|
− |
|
|
|
|
+ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
+... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
1− |
|
|
2! |
|
4! |
|
|
|
|
|
|
6! |
= |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= z2 |
|
|
|
− |
1 |
|
+ |
1 |
− |
1 |
|
|
4z2 |
|
+ |
1 |
|
|
16z4 |
|
− |
1 |
|
|
64z6 |
|
+... = |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
720 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
23 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
27 |
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
23 |
|
|
|
25 |
|
|
|
|
2 |
|
|
27 |
|
|
4 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
= |
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
− |
... = z |
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
+ |
|
|
|
z |
|
|
−... |
= |
|||||||||||||||
4! |
|
|
|
6! |
|
|
|
|
|
|
8! |
|
|
|
4! |
6! |
|
|
|
8! |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
2 |
2n−1 |
z |
2n−4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||
= z4 ∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= z4 ϕ(z), |
|
ϕ(0) = |
|
|
|
= |
|
|
= |
≠ 0 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
(2n)! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
n=2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4! 24 3 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ряд, суммой которого является ϕ(z) , абсолютно сходится на всей комплексной плоскости: |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
w |
+1 |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22n+1 |
|
z |
|
2n−2 ( |
2n)! |
|
|
|
= |
|
2 |
|
z |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
wn |
|
|
|
|
|
(2n)!(2n + 2)22n−1 |
|
z |
|
2n−4 |
|
|
|
2n + |
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
lim |
|
|
2 |
|
z |
|
2 |
|
|
|
= 0 < 1 f (z) = z4ϕ(z), где |
|
ϕ(z) |
− регулярна и ϕ (z0 ) ≠ 0. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
n→∞ 2n + 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Изолированные особые точки.
Точка z0 называется изолированной особой точкой функции f (z) , если f (z) регулярна в некоторой окрестности точки z0 за исключением самой этой точки.
Т.к. «выколотая» окрестность точки z0 - частный случай кольца, то функция раскладывается в этой окрестности в ряд Лорана.
∞ |
−1 |
∞ |
f (z) = ∑Cn (z − z0 )n = ∑Cn (z − z0 )n + ∑Cn (z − z0 )n |
||
−∞ |
−∞ |
0 |
3.Классификация изолированных особых точек.
Точка z0 - устранимая особая точка, если в разложении функции f (z) в ряд
Лорана |
в |
ее |
окрестности |
отсутствует |
главная |
часть, |
т.е. |
C−1 = C−2 |
= C−3 = ... = C−n |
= ... = 0. |
|
|
|
|
|
В этом |
случае |
особенность можно |
устранить, |
положив |
f (z0 ) = C0 . Тогда |
полученная функция будет регулярной как в окрестности, так и в самой точке z0 .
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТФКП (мат. анализ часть 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
семестр 4, лекция 7, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стр. 3 из 4 |
|
|
|
|
Пример: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
f (z) = |
1− cos2z |
, |
|
z |
|
= 0 |
− особая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2z2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2z)2 |
|
(2z)4 |
|
(2z)6 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
f (z) = |
|
|
|
|
1 − 1 + |
|
|
|
|
|
|
− |
|
+ |
|
|
− |
... |
|
= |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
2z |
2 |
|
|
|
2! |
|
4! |
6! |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
24 |
|
|
4 |
|
26 |
|
6 |
|
|
|
24 |
|
2 |
|
26 |
|
4 |
|
|||||
= |
|
|
2z |
|
|
− |
|
|
z |
|
+ |
|
|
|
|
z |
|
−... = 1 |
− |
|
z |
|
+ |
|
|
z |
|
−..., |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
2z2 |
|
|
|
|
|
4! |
|
|
|
|
6! |
|
|
|
|
|
2 4! |
|
|
2 |
6! |
|
|
|||||||
C0 = 1 |
|
главная часть отсутствует. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
f (z) = |
f (z), z |
≠ 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Функция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
регулярна везде |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1, z = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Теорема. Точка z0 |
- устранимая особая точка функции |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
f (z) |
lim f (z) = C = const |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
z→z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Доказательство: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Если z0 - устранимая, то |
n C−n = 0 lim f (z) = |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z→z0 |
|
|
|
= lim (C0 + C1 (z − z0 )+ C2 (z − z0 )2 + ...)= C0 |
= const Существует конечный предел. |
|||||||||||||||||||||||||||||||
z→z |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч.т.д.
Замечание:
Самостоятельно докажите «в другую сторону». Например, для рассмотренной
выше функции lim |
1− cos2z |
= lim |
2sin2 z |
=1, |
т.е. C . |
|
|
|
|
2z2 |
2z2 |
|
|
|
|
||||
z→0 |
z→0 |
|
0 |
|
|
|
|
||
Особая точка z0 |
- полюс функции |
f (z) , если главная часть ряда Лорана |
|||||||
состоит |
из |
конечного |
числа |
слагаемых. |
Причем, |
если |
|||
C−m ≠ 0, а C−m−1 = C−m−2 = ... = 0 , то точка z0 |
- полюс порядка m . |
|
|
Пример:
|
sin z |
|
|
|
1 |
|
z |
3 |
|
|
|
|
z |
5 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
z |
|
|
|
z |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
f (z) = |
= |
z − |
|
|
|
+ |
|
|
|
−... |
= |
− |
+ |
|
|
|
−... z0 = 0 |
||||||||||||||||||||||||||
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
z |
|
|
|
|
|
z |
|
3! |
|
5! |
|
|
|
|
|
3! |
|
|
5! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
e |
z |
|
1 |
|
|
|
|
z |
2 |
|
|
|
z |
3 |
|
|
z |
4 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
f (z) = |
|
= |
|
1+ z + |
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
|
+ ... = |
|
+ |
|
+ |
+ |
+ |
|||||||||||||||||||||||
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
2 |
|
|
||||||||||||||||||||
|
z |
|
|
z |
|
|
|
2! 3! 4! |
|
|
|
z |
|
|
|
|
z |
|
2!z |
3! |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- полюс I порядка или простой полюс.
z
+... z0 = 0 − полюс III порядка.
4!
Теорема. Точка z0 |
- полюс порядка m lim f (z) = ∞ |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z→z0 |
|
|
|
Доказательство: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
z0 - полюс f |
(z) = |
|
|
C−m |
|
|
|
+ |
|
C−m+1 |
|
+ ...+ C0 + C1 (z − z0 )+ ... умножим на (z − z0 ) |
m |
: |
||||||||||
(z − z |
)m |
|
(z − z |
)m−1 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (z)(z − z |
)m = C |
−m |
+ C |
−m+1 |
(z |
− z |
) + ...+ C |
(z − z |
)m + ... |
|
|
|||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
||||||
lim |
f |
(z)(z − z |
)m |
= C |
−m |
− конечный |
|
|
|
|||||||||||||||
z→z |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(C−m = const) lim f (z) = |
|
|
|
|
|
C−m |
|
|
|
= ∞ |
|
|
|
|||||||||||
|
|
lim (z − z0 ) |
m |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
z→z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z→z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч.т.д.
Замечание:
В другую сторону доказать самостоятельно.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТФКП (мат. анализ часть 4) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
семестр 4, лекция 7, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стр. 4 из 4 |
|
Следствие. Если z0 |
- полюс порядка m , то |
f (z) = |
ϕ(z) |
|
, где ϕ(z) |
регулярна в |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(z − z |
)m |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
окрестности z0 |
и ϕ(z0 ) ≠ 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Связь между нулем и полюсом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
Утверждение: Если |
f (z) |
регулярна и имеет в z0 |
нуль порядка m , то |
1 |
имеет в |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (z) |
|
этой точке z0 полюс m -го порядка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Доказательство: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Пусть |
f (z) = (z − z |
)m ϕ |
(z) |
|
ϕ (z |
) ≠ 0, ϕ |
(z) регулярна в z |
0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1 |
|
|
= |
|
|
1 |
|
|
|
|
= |
|
|
1 |
|
|
C |
|
+ C |
(z − z |
)+ C |
|
(z − z |
)2 + ... |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
(z − z |
)m ϕ (z) |
(z − z |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
f (z) |
|
|
|
)m |
0 |
1 |
|
0 |
|
2 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т.к. |
|
|
|
|
регулярна в z0 , следовательно раскладывается в ряд Тейлора |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
ϕ (z) |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
= |
|
С0 |
|
+ |
|
|
С1 |
|
|
+ ... |
|
1 |
|
имеет в z0 полюс порядка m. |
|
|
|
|||||||||||||||
f (z) |
|
(z − z |
)m |
(z − z |
)m−1 |
|
f (z) |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч.т.д.
Особая точка z0 функции f (z) называется существенной особенностью, если главная часть ряда Лорана содержит бесконечное число слагаемых.
Пример:
1 z |
|
1 |
|
t |
|
|
t2 |
t3 |
|||
f (z) = e |
= t = |
|
|
= e |
|
= 1 |
+ t + |
|
+ |
|
+... = |
|
|
|
|
||||||||
|
|
z |
|
|
|
|
2! |
3! |
1 |
+ |
1 |
+ |
1 |
+ |
1 |
+ ... |
|
2!z2 |
3!z3 |
|||||
|
|
z |
|
|
|
||
правильная |
|
||||||
часть |
|
|
|
глпвная часть |
|
z0 = 0 − существенная особая точка для f (z) = e1z .
Теорема. Точка z0 - существенная особая точка функции f (z) тогда и только
тогда, когда не существует lim f (z) ни конечного, ни бесконечного.
z→z0
Доказательство:
lim f (z) устранимая или полюс.
z→z0
Ч.т.д.
Пример:
f (z) = e1z (см. выше). Докажем, что lime1z . Рассмотрим 2 различных пути, по которым z → 0 :
|
|
|
z→0 |
γ1 : Im z = 0, Re z → 0, Re z > 0 |
(см. рис. 3.1) |
||
γ |
2 |
: Im z = 0, Re z → 0, Re z < 0 |
|
|
|
|
Тогда lim f (z) = lim e1x = e+∞ = +∞
z→0 |
x→0+ |
пог1 |
|
lim f (z) = lim e1x = e−∞ = 0
z→0 |
x→0− |
пог2 |
|
По γ1 и γ2 |
пределы разные, следовательно lime1 z . |
|
z→0 |
рис. 3.1.
ТФКП (мат. анализ часть 4) семестр 4, лекция 8, стр. 1 из 6
Вычеты.
1.Определение вычета.
1.Определение.
Пусть z0 - изолированная особая точка функции f (z), z0 ≠ ∞ , а γ |
- |
||||||
контур, содержащий точку z0 внутри себя (и только ее одну!) – см. рис. |
|||||||
1.1.1. |
|
|
|
|
|
|
|
Тогда вычетом функции f (z) в точке z0 называется число |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
res f (z) = |
1 |
∫ |
f (z)dz |
|
рис. 1.1.1. |
|
2πi |
|||||||
|
z0 |
|
|
|
|||
|
|
γ |
|
|
|
2. Связь вычета с коэффициентом ряда Лорана.
Т.к. z0 - изолированная особая точка, то существует ряд Лорана по степеням
окрестности U(z0 ), коэффициенты которого вычисляются по формулам:
Cn = |
1 |
|
|
|
z−∫z0 |
|
|
f (z)dz |
|
|
|
|
|
||
|
γ : |
|
|
=ρ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2πi |
(z − z0 )n+1 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Рассмотрим n = −1 n +1= 0 (z − z0 )n+1 =1 |
. Тогда C−1 = |
1 |
|
∫ |
|
f (z)dz |
= res f (z) |
||||||||
2πi |
|
|
1 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
γ : |
=ρ |
z0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z−z |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
Отсюда следует второе определение вычета:
(z − z0 ) в
.
res f (z) = C−1
z0
2.Вычисление вычетов.
1.Если z0 - существенно особая точка, то вычет вычисляется только как C−1 .
Пример:
2 |
|
2 |
|
2 |
2 |
|
|
|
2 |
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
f (z) = ze2 z |
= z 1+ |
+ |
|
|
+... |
= z + |
+ |
|
|
+... C−1 = 2 res f (z) = 2 |
|||||
2 |
2!z |
4 |
|
2!z |
3 |
||||||||||
|
|
z |
|
|
|
z |
|
|
0 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
главная часть
2. Если z0 - устранимая особая точка, то вычет равен нулю, т.к. для устранимой особенности C−n = 0, в том числе и C−1 = 0.
Пример: |
|
|
|
|
|||||
f (z) = |
tg z |
. Особые точки этой функции: z0 |
= 0; zk = π +π k . |
|
|||||
|
|
||||||||
|
z |
|
2 |
|
|
||||
Найдем вычет в z0 . Т.к. lim |
tg z |
=1 ≠ ∞ z0 |
= 0 - устранимая C−1 |
= 0 res f (z) = 0. |
|||||
|
|
||||||||
|
|
z→0 z |
|
|
|
0 |
|||
3. Вычисление вычета в простом полюсе. |
|
||||||||
Теорема 1. Вычисление вычета в простом полюсе C с помощью предела. |
|||||||||
Если z0 - простой полюс (полюс I порядка) функции f (z) , то |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
res f (z) = lim f (z)(z − z0 ) |
|
|
|||
|
|
|
|
z0 |
z→z0 |
|
|
|
ТФКП (мат. анализ часть 4) семестр 4, лекция 8, стр. 2 из 6
Доказательство:
z0 - простой полюс, следовательно, в главной части ряда Лорана содержится одно слагаемое, следовательно:
f (z) = |
C−1 |
+ C |
|
+ C |
(z − z |
)+ C |
|
(z − z |
)2 + ... |
|
0 |
2 |
|||||||
|
z − z0 |
1 |
0 |
|
0 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
f (z) (z − z0 ) = C−1 + C0 (z − z0 )+ C1 (z − z0 )2 + C2 (z − z0 )3 + ...
lim |
f (z) (z − z |
|
) |
= lim |
C + C |
|
(z |
− z |
|
)+ C |
(z − z |
|
)2 |
+ C |
|
|
(z − z |
|
)3 + ... |
= C |
|
= res f (z) |
|||||||||||||
z→z |
0 |
|
0 |
|
|
z→z |
0 |
1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
1 |
|
0 |
|
|
|
2 |
|
0 |
|
|
−1 |
z |
0 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч.т.д. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Пример: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
f (z) = |
|
|
z |
|
. Т.к. z0 |
= 1 |
- нуль первого порядка знаменателя, следовательно, z0 = 1 - простой |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
(z −1) |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полюс |
|
|
f (z) , следовательно |
res |
f (z) = lim |
|
|
(z −1) |
|
= lim z |
= 1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
=1 |
|
z→1 |
z −1 |
|
|
z→1 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверим результат с помощью ряда Лорана: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
f (z) = |
z −1+1 |
= 1 + |
|
|
|
1 |
|
|
С |
|
= 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
− |
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
z −1 |
|
|
|
z |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чать |
главная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
часть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теорема 2. Вычисление вычета в простом полюсе с помощью производной.
Если z0 - простой полюс функции |
f (z) , имеющий вид |
f (z) = |
ϕ(z) |
, где |
ϕ(z) иψ (z) |
||||||||
ψ (z) |
|||||||||||||
регулярны в z0 и ϕ(z0 ) ≠ 0, ψ (z0 ) = 0, ψ ′(z0 ) ≠ 0 |
(т.е. z0 - нуль первого порядка знаменателя), |
||||||||||||
то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ϕ(z) |
|
|
ϕ(z0 ) |
|
|
|
|
|
||
|
res f (z) = res |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ψ ′(z |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
z0 |
z0 |
ψ (z) |
|
) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Доказательство: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из Теоремы 1 следует:
res ϕ(z) = lim ϕ(z)(z − z0 ) = lim |
ϕ(z) |
|
= (т.к. ψ (z |
) = 0) = |
|
|
|
||||
z0 ψ (z) z→z0 ψ (z) |
z→z0 ψ (z) −ψ |
(z0 ) |
0 |
|
|
|
|
(z − z0 )
Ч.т.д.
|
|
ϕ(z) |
|
limϕ(z) |
|
|
ϕ(z0 ) |
|
||
lim |
|
= |
z→z0 |
|
= |
|
. |
|||
|
ψ (z) |
|
ψ (z) |
|
||||||
z→z0 |
|
|
|
ψ ′(z |
) |
|
||||
( z→0) |
|
|
lim |
|
|
0 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
z |
|
z→0 z |
|
|
|
|
|
|
|
Пример: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
f (z) = |
z + 3 |
. Точки zk = π k |
- простые полюса (k = 0;±1;±2;...), т.к. |
|||||||||||||
|
||||||||||||||||
|
|
|
sin z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
sin z |
|
= 0, (sin z)′ = cos z |
cos z |
|
≠ 0 res f (z) = |
zk + 3 |
|
|||||||||
k |
k |
cos zk |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zk |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
res f (z) = |
2π n + 3 |
= 2π n + 3; например, res f (z) = 3 |
|
|||||||||||||
|
|
|||||||||||||||
2π n |
|
cos2π n |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
||||||
res |
|
f (z) = |
(2n +1)π + 3 |
|
= −(2n +1)π − 3; например, res f (z) = −(π + 3) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
(2n+1)π |
|
|
|
cos((2n +1)π ) |
|
|
|
|
π |
|
4. Вычисление вычета в кратном полюсе.
Теорема 3. Вычисление вычета в кратном полюсе с помощью предела.
Если z0 - полюс порядка n для функции f (z) , то
res f (z) = |
1 |
lim |
f (z)(z − z |
|
)n (n−1) |
|
|
||||
z0 |
(n −1)!z→z0 |
|
0 |
|
ТФКП (мат. анализ часть 4) семестр 4, лекция 8, стр. 3 из 6
В частности, для полюса 2-го порядка получим:
res f (z) = lim |
|
|
|
|
|
2 |
′ |
|
|
|
|
|
||||||||
f (z)(z − z0 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
z |
0 |
|
|
z→z |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Для полюса 3-го порядка получим: |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 ′′ |
|
|
|
|
|
||
res f (z) = |
|
|
lim f (z)(z − z0 ) |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
z0 |
|
|
2 z→z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Доказательство: |
|
|
|
|
|
|||||
|
Ряд Лорана в окрестности полюса порядка n имеет вид: |
|||||||||||||||||||
f |
(z) = |
|
C−n |
|
|
+ |
C−n+1 |
|
+ ...+ |
C−1 |
+ C |
+ C |
(z − z |
|
)+ ... |
|||||
(z |
|
|
|
|
|
)n |
(z − z |
|
)n−1 |
|
|
|||||||||
|
|
− z |
0 |
|
0 |
|
z − z0 |
0 |
1 |
|
0 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (z)(z − z0 )n = C−n + C−n+1 (z − z0 )+ ...+ C−1 (z − z0 )n−1 + C0 (z − z0 )n + C1 (z − z0 )n+1 + ...
Вправой части полученного равенства только неотрицательные степени (z − z0 ) ,
следовательно, это функция, регулярная в z0 |
и ее окрестности. Обозначим ее через ϕ(z) . |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тогда: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (z)(z − z0 )n = ϕ(z) |
|
f (z) = |
|
ϕ(z) |
|
|
|
res f (z) = |
1 |
|
∫ |
|
f (z)dz = |
1 |
|
∫ |
|
|
ϕ(z)dz |
= |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(z − z0 ) |
|
|
|
|
|
|
z0 |
|
|
|
2πi |
|
|
=ρ |
|
|
|
2πi |
|
|
=ρ (z − z0 ) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z−z |
|
|
|
|
z−z |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
{по интегральной формуле Коши для производных}= |
1 |
|
|
|
|
|
2πi |
|
ϕ |
(n−1) (z |
) = |
|
1 |
|
ϕ(n−1) (z |
|
) = |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(n −1)! |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2πi |
(n −1)! |
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
||||||||||||
= |
1 |
limϕ(n−1) (z) = |
|
1 |
|
|
lim |
f (z) |
(z − z |
|
|
)n (n−1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
(n − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
(n −1)!z→z0 |
|
|
|
1)!z→z0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч.т.д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Пример: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
f (z) = |
|
e2z |
|
; |
z |
|
=1 - полюс 3-го порядка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
(z −1)3 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e2z |
|
|
|
|
′′ |
|
|
|
|
2z ′′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
3 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2z |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
res f (z) = |
|
lim |
|
|
|
(z −1) |
|
= |
|
|
|
lim e |
|
= |
|
|
|
lim 2 2 e |
= 2e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
2 z→1 |
(z −1) |
|
|
|
|
|
|
2 z→1 |
|
|
2 z→1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замечание:
В тех случаях, когда разложение в ряд Лорана не вызывает затруднений, проще, по определению, найти C−1 .
Пример: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
f (z) = |
2 + z3 |
; |
z1 = −3 - простой полюс |
|
|
|||||||||||||||
z7 |
(3+ z) |
z |
2 |
= 0 - полюс 7-го порядка |
||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2 + z3 |
|
|
|
|
2 |
− 27 |
|
25 |
|
||||||
res f (z) = lim |
|
|
|
|
|
|
(z + |
3) |
= |
|
|
= |
|
. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
−3 |
|
|
z→−3 z7 (3+ z) |
|
|
|
|
(−3)7 |
|
37 |
|
|||||||||
res f (z) = |
1 |
|
|
|
2 |
+ z3 |
|
z7 |
VI |
= ... |
|
|
|
|
||||||
|
|
lim |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
0 |
|
|
6! z→0 z7 (3+ z) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чем вычислять производную шестого порядка, лучше разложим f (z) в ряд Лорана по
степеням z:
|
|
|
2 + z3 |
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
z |
|
z2 |
|
z |
3 |
|
|
z4 |
|
|
z5 |
|
z6 |
|
|
||||||||||
f (z) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
+ |
|
1 |
− |
|
+ |
|
− |
|
|
+ |
|
|
|
− |
|
|
+ |
|
−... |
= |
||||||
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
z4 |
|
|
|
z |
|
3z7 |
|
|
|
33 |
34 |
|
35 |
36 |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
7 |
|
3 |
+ z |
|
z7 |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
3z4 |
|
3 32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
|
|
z6 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
z3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||||
= ... |
|
|
|
|
|
|
+...+ |
|
|
|
|
− |
|
+... = |
|
|
− |
|
|
|
+... |
C−1 |
= res |
f (z) = |
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
3z |
7 |
|
3 |
6 |
3z |
4 |
3 |
7 |
|
4 |
|
7 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
z |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
3 3 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТФКП (мат. анализ часть 4) семестр 4, лекция 8, стр. 4 из 6
3. Особенности в бесконечности.
|
Пусть |
f (z) - регулярна в окрестности бесконечно удаленной точки, кроме нее |
|||||||||||||||||||||||||||
самой, т.е. в |
области |
R < |
|
z |
|
< +∞ . В |
|
такой |
окрестности сходится |
ряд Лорана вида |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (z) = ∑ Cn zn . Этот ряд может принимать следующие формы: |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
n=−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) f (z) = C0 + ∑ |
C−n |
(не содержит положительных степеней) |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
n |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
n=1 |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
C |
−n |
|
|
|
|
|
|
|||||
Тогда существует lim f (z) = lim C0 |
+ ∑ |
|
= C0 . |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
n |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
z→∞ |
|
|
z→∞ |
n=1 |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
C0 |
≠ ∞ z0 = ∞ - устранимая особая точка. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
Пример: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
f (z) = |
|
z2 + z + 2 |
|
= 1 |
+ |
1 |
+ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
z2 |
z |
z2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
У этой функции 2 особенности: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
z1 |
= ∞ - устранимая (limz→∞ f (z) = 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
z2 |
= 0 - полюс 2-го порядка ( lim f (z) = ∞ , в главной части ряда Лорана содержатся степени z до |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z→0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
минус второй). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
C−n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) |
f (z) = Cm zm + Cm−1zm−1 +...+ C0 + ∑ |
|
|
|
(конечное |
число |
слагаемых с |
положительными |
|||||||||||||||||||||
n |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
степенями z) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
C |
−n |
|
|
|
|||
Тогда существует lim f (z) = lim Cm zm +... |
|
+ C0 + ∑ |
|
= ∞ |
z0 = ∞ - полюс. Порядок полюса |
||||||||||||||||||||||||
|
|
n |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
z→∞ |
|
|
z→∞ |
|
|
|
|
|
n=1 |
z |
|
|
|
||||||||||
определяется по высшей положительной степени z. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Пример: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
f (z) = |
|
z6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1− z3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У этой функции 3 конечных особых точки (нули знаменателя – полюса 1-го порядка) и особенность в z = ∞ . Разложим f (z) в ряд по степеням z в окрестности бесконечности:
|
z6 |
|
|
1 |
|
|
3 |
|
1 |
|
3 |
|
|
1 |
1 1 |
|
|
3 |
|
|
1 1 |
|
|
|||||||||||||
f (z) = |
|
|
|
|
|
|
|
= −z |
|
|
|
|
= −z |
|
1 |
+ |
|
|
+ |
|
|
+ |
|
|
+... |
= −z |
|
−1 |
− |
|
|
− |
|
|
−... |
z = ∞ - полюс 3-го |
z |
3 |
|
|
|
|
|
1 |
|
z |
3 |
z |
6 |
z |
9 |
|
z |
3 |
z |
6 |
|||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
1− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z3 |
|
|
|
|
z3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
порядка.
0∞
3)f (z) = ∑Cn zn + ∑Cn zn (бесконечное число слагаемых с положительными степенями)
−∞ n=1
Тогда в z0 = ∞ - существенная особенность.
Пример: |
|
|
|
|
||
f (z) = |
1 |
+ e−2z |
имеет две особые точки: в z |
= 0 - полюс 2-го порядка, в z |
|
= ∞ - существенную |
z2 |
|
|||||
|
|
1 |
|
2 |
|
особенность.