Book_2016_Liubchyk_Vyshcha_matemat_teoriia_funkts

§14. Теорема Кош і

Значення інтеграла від функції комплексної змінної залежить від напряму інтегрування. Нехай задано область в комплексній площині, обмежену деяким замкненим контуром. Домовимося за додатний приймати такий напрям обходу контура, при якому внутрішня область залишається зліва від напряму руху. Інтегрування в додатному напрямі

Оскільки інтеграл від функції комплексної змінної визначається двома криволінійними інтегралами, то при інтегруванні по замкненому контуру повинні проявлятися властивості криволінійних інтегралів.

Тео рема 14.1 (т еорема Кош и ). Якщо f (z) є однозначною

аналітичною функцією в однозв’язній області Е , то інтеграл від цієї функції по будь-якому замкненому контуру С , який повністю нале-

жить області Е , дорівнює нулю. ( f (z)dz 0) .

С

Теорема Коші встановлює одну з основних властивостей аналітичної функції комплексної змінної.

Cn C0

C2

C1

Рисунок 14.1

Теорема Коші формулювалася для однозв’язної області, однак її легко узагальнити й на випадок багатозв’язної області. В цьому випадку повна межа області складається з декількох замкнених контурів:

65

§15. Інт еграл Кош і

Теорема Коші дозволяє встановити зв’язок між значеннями аналітичної функції у внутрішніх точках області її аналітичності та значеннями на межі.

y

C

r

z0

0 x

Рисунок 15.1

Нехай f (z) є аналітичною функцією в однозв’язній області Е , обмеженій контуром С. Візьмемо довільну внутрішню точку z0 E і

побудуємо навколо неї довільний замкнений контур r , який повністю лежить в області (рис. 15.1).

Розглянемо допоміжну функцію (z) f (z) . z z0

Ця функція буде аналітичною в усій області Е , окрім точки z0 . Якщо ж розглянути двозв’язну область, яка лежить між контуром С і r (рис. 15.1), то в ній (z) буде аналітичною всюди. Згідно з теоремою Коші для двозв’язної області:

Оскільки інтеграли є рівними між собою, не зважаючи на те, що обчислюються по різних контурах, причому r – довільний контур, то вони не залежать від контура.

67

Єдина вимога – точка z0 повинна лежати всередині обох контурів.

Будемо вважати контуром r коло з центром в точці z0 і радіусом : r : z z0 ei , 0; 2 .

Тому що в формуле (15.1) інтеграли не залежать від контура інтегрування, то можна вибрати як завгодно малим:

f (z) dz i 2 f (z0 ) .

С z z0

Отже,

Формула (15.3) називається інтегральною формулою Коші. Інтегральная формула Коші дозволяє обчислити деякі інтеграли.

68

y

Рисунок 15.2

В точках z1 і z2 порушується умова аналітичності функції, але ці точки не потрапляють в область, обмежену контуром С : z 1 12 .

Тому за теоремою Коші

1

ez

1 z2 z dz 0 .

z 1 2

69

обертається в нуль в точці z1 0 (рис. 15.3).

y

Рисунок 15.3

z2 2z 0 z(z 2) 0 z1 0, z2 2

Для застосування формули (15.3) перепишемо інтеграл у наступ-

70

Рисунок 15.4

Безпосередньо формулу (15.3) застосовувати неможна.

Побудуємо кола r1 і r2 з центрами в точках z1 3i і z2 3i достатньо малих радіусів таких, щоб кола не перетинались і повністю лежали всередині круга z 4 (рис. 15.3).

71

В тризв’язной області, обмеженій колами z 4, r1 і r2 , підінтег-

ральна функція всюди аналітична. За теоремою Коші для багатозв’язной області:

72

§16. Степеневі ряди. Формула Коші-Адамара. Ряд Тейлора

Нехай є ряд з комплексними членами:

n 1

де zn xn i yn .

Озна чен ня 16.1. Ряд (16.1) називається збіжним, якщо збігаєть-

ниця S послідовності Sn називається сумою ряду (16.1). Необхідною умовою збіжності ряду (16.1) є вимога виконання

lim zn 0 .

n

Якщо збігається ряд

n1

сдійсними додатними членами, то, очевидно, збігається й ряд (16.1), який в цьому випадку називається абсолютно збіжним. Одним зі способів, що найбільш часто застосовується для дослідження збіжності ряду з комплексними членами, є розгляд ряду з дійсними членами, які є модулями членів початкового ряда. Достатними ознаками збіжності ряду з дійсними додатними членами є ознаки Даламбера і Коші:

Згідно з ознакою Даламбера ряд (16.2) збігається, якщо, починаю-

73

то кожен з цих рядів збігається абсолютно. Отже, даний ряд збігається абсолютно.

Розглянемо тепер функціональні ряди, членами яких є функції

n 1

74