Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

matan4_bel

.pdf
Скачиваний:
24
Добавлен:
10.05.2015
Размер:
6.91 Mб
Скачать

ТФКП (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! zn3

 

 

 

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(12 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

 

 

=

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z2n3

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 (n1) (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

1cos2z

= 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

2n1

z

2n4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

2n2 (

2n)!

 

 

 

=

 

2

 

z

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wn

 

 

 

 

 

(2n)!(2n + 2)22n1

 

z

 

2n4

 

 

 

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.

C1 = C2

= C3 = ... = Cn

= ... = 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) =

1cos2z

,

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zz0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если z0 - устранимая, то

n Cn = 0 lim f (z) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zz0

 

 

= lim (C0 + C1 (z z0 )+ C2 (z z0 )2 + ...)= C0

= const Существует конечный предел.

zz

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ч.т.д.

Замечание:

Самостоятельно докажите «в другую сторону». Например, для рассмотренной

выше функции lim

1cos2z

= lim

2sin2 z

=1,

т.е. C .

 

 

 

 

2z2

2z2

 

 

 

 

z0

z0

 

0

 

 

 

 

Особая точка z0

- полюс функции

f (z) , если главная часть ряда Лорана

состоит

из

конечного

числа

слагаемых.

Причем,

если

Cm 0, а Cm1 = Cm2 = ... = 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) = ∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zz0

 

 

 

Доказательство:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z0 - полюс f

(z) =

 

 

Cm

 

 

 

+

 

Cm+1

 

+ ...+ C0 + C1 (z z0 )+ ... умножим на (z z0 )

m

:

(z z

)m

 

(z z

)m1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

zz

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Cm = const) lim f (z) =

 

 

 

 

 

Cm

 

 

 

= ∞

 

 

 

 

 

lim (z z0 )

m

 

 

 

 

 

 

zz0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zz0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

)m1

 

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.

zz0

Доказательство:

lim f (z) устранимая или полюс.

zz0

Ч.т.д.

Пример:

f (z) = e1z (см. выше). Докажем, что lime1z . Рассмотрим 2 различных пути, по которым z 0 :

 

 

 

z0

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+∞ = +∞

z0

x0+

пог1

 

lim f (z) = lim e1x = e−∞ = 0

z0

x0

пог2

 

По γ1 и γ2

пределы разные, следовательно lime1 z .

 

z0

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

 

 

 

zz0

 

 

f (z)dz

 

 

 

 

 

 

γ :

 

 

=ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

2πi

(z z0 )n+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим n = −1 n +1= 0 (z z0 )n+1 =1

. Тогда C1 =

1

 

 

f (z)dz

= res f (z)

2πi

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ :

=ρ

z0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

Отсюда следует второе определение вычета:

(z z0 ) в

.

res f (z) = C1

z0

2.Вычисление вычетов.

1.Если z0 - существенно особая точка, то вычет вычисляется только как C1 .

Пример:

2

 

2

 

2

2

 

 

 

2

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (z) = ze2 z

= z 1+

+

 

 

+...

= z +

+

 

 

+... C1 = 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 Cn = 0, в том числе и C1 = 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 C1

= 0 res f (z) = 0.

 

 

 

 

z0 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

zz0

 

 

 

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) =

C1

+ C

 

+ C

(z z

)+ C

 

(z z

)2 + ...

 

0

2

 

z z0

1

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (z) (z z0 ) = C1 + 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)

zz

0

 

0

 

 

zz

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

 

z1

z 1

 

 

z1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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) zz0 ψ (z)

zz0 ψ (z) ψ

(z0 )

0

 

 

 

(z z0 )

Ч.т.д.

 

 

ϕ(z)

 

limϕ(z)

 

 

ϕ(z0 )

 

lim

 

=

zz0

 

=

 

.

 

ψ (z)

 

ψ (z)

 

zz0

 

 

 

ψ (z

)

 

( z0)

 

 

lim

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

z0 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 (n1)

 

 

z0

(n 1)!zz0

 

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

 

 

zz

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для полюса 3-го порядка получим:

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ′′

 

 

 

 

 

res f (z) =

 

 

lim f (z)(z z0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z0

 

 

2 zz0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство:

 

 

 

 

 

 

Ряд Лорана в окрестности полюса порядка n имеет вид:

f

(z) =

 

Cn

 

 

+

Cn+1

 

+ ...+

C1

+ C

+ C

(z z

 

)+ ...

(z

 

 

 

 

 

)n

(z z

 

)n1

 

 

 

 

z

0

 

0

 

z z0

0

1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (z)(z z0 )n = Cn + Cn+1 (z z0 )+ ...+ C1 (z z0 )n1 + 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 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zz

 

 

 

 

zz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

{по интегральной формуле Коши для производных}=

1

 

 

 

 

 

2πi

 

ϕ

(n1) (z

) =

 

1

 

ϕ(n1) (z

 

) =

 

 

 

 

 

 

 

(n 1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2πi

(n 1)!

0

 

 

 

 

 

0

 

 

=

1

limϕ(n1) (z) =

 

1

 

 

lim

f (z)

(z z

 

 

)n (n1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n 1)!zz0

 

 

 

1)!zz0

 

 

 

 

 

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 z1

(z −1)

 

 

 

 

 

 

2 z1

 

 

2 z1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание:

В тех случаях, когда разложение в ряд Лорана не вызывает затруднений, проще, по определению, найти C1 .

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! z0 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

 

 

 

 

 

= ...

 

 

 

 

 

 

+...+

 

 

 

 

 

+... =

 

 

 

 

 

+...

C1

= 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 +

Cn

(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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

минус второй).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

f (z) = Cm zm + Cm1zm1 +...+ 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1z3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

+ e2z

имеет две особые точки: в z

= 0 - полюс 2-го порядка, в z

 

= ∞ - существенную

z2

 

 

 

1

 

2

 

особенность.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]