лекции вышмат
.pdf
|
sin |
z |
/( z −1) |
2 |
φ( z) |
|
|
||
= |
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
z |
|
|
ψ( z) |
|
|
|
|
|
|
cos |
|
|
|
|
|
2 |
|
,
φ(−π) = − |
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
(π + |
1) |
|
|
|
0
,
ψ(−π)
=
0
, а
ψ '(−π) = − |
1 |
sin |
z |
| |
= |
1 |
|
|
2 |
2 |
2 |
||||||
|
|
|
z = − π |
|
0
, значит, по формуле (8)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ(−π) |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
Res f (−π) = |
ψ '(−π) |
= − |
(π + 1) |
2 |
. Таким образом, исходный интеграл равен |
2πi |
|
|
1 |
− |
(π + 1) |
2 |
. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 cos |
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 2. Вычислить интеграл |
|
|
|
dz |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
| z | = |
2 |
z |
|
+ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. Вычисления по формуле (9) достаточно громоздки, так как внутри контура интегрирования содержатся 4 особых
точки подынтегральной функции:
|
|
4 |
|
|
2 |
2 |
|
z |
= |
−1 |
= |
|
i |
||
|
|||||||
|
|
|
|
|
2 |
2 |
(см. формулу извлечения корня из комплексного числа).
|
|
z = |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
arg z = − arg ζ |
|
|
Поэтому сделаем замену |
. Тогда направление обхода контура меняется на противоположное, т. к. |
, а |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
1 |
|
d |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
z |
3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
окружность |
z = 2 переходит в окружность |
ζ |
= |
|
. В итоге, имеем: |
|
4 |
dz = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
где окружность |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
z = 2 |
z |
|
+ 1 |
|
1 |
|
3 |
|
1 |
+ 1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
проходится по часовой стрелке. Меняя направление обхода на противоположное, получаем |
|
|
|
|
dζ |
|
|
|
. Теперь внутри |
|||||||||||||||||
ζ (1 + ζ |
4 |
) |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
контура интегрирования находится лишь простой полюс
ζ 0
=
0
, и по формуле (8)
1 |
1 |
I
=
|
1 + |
ζ |
4 |
|
1 + |
ζ |
4 |
2πi Re s |
ζ |
|
|
= 2πi |
1 |
|
|
=0 |
|
|
|
|
|
| |
= 2πi |
|
=0 |
.
230
ЛЕКЦИЯ 8
Вычисление некоторых интегралов от функций действительного переменного
|
|
P |
(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m, |
|
n, |
||
1. Рассмотрим |
m |
|
dx , где |
P |
(x) − |
многочлен степени |
Qn (x) − многочлен степени |
||||
|
|
m |
|
|
|
||||||
|
− |
Q |
(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
не имеющий действительных корней, и n −m 2 |
. Такой несобственный интеграл сходится, |
||||||||||
так как подынтегральная функция при действительных |
x |
непрерывна и при больших |
x |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ведет себя, как
x |
m |
|
|
1 |
|
|
= |
|
|||
x |
n |
x |
n−m |
||
|
|||||
|
|
|
, где
n −m
2
.
Теорема 1.
где |
σ − |
сумма вычетов функции |
|
|
|
|
|
P |
( |
|
|
|
|
|||
|
|
m |
|
||
|
|
|
|
||
|
− |
Q |
( |
||
|
|
n |
|
||
|
P |
|
(z) |
||
f (z) = |
m |
|
|
||
Q |
(z) |
||||
|
|||||
|
|
n |
|
|
|
x) |
dx = 2 iσ |
(1) |
|
||
x) |
, |
|
|
|
в ее особых точках, находящихся в верхней
полуплоскости (т.е. при Im z 0 ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Особые точки |
f (z) − |
это корни (нули) |
|
ее знаменателя |
Q (z) |
. Значит, этих точек |
||||||||
|
|
|
n |
|
||||||||||
конечное число, и |
они являются полюсами |
|
(не лежащими |
на |
|
действительной оси). |
||||||||
Рассмотрим изображенный на рис.1 контур |
(L), |
состоящий |
из отрезка |
− R, R |
и |
|||||||||
|
||||||||||||||
полуокружности (CR ) : | z |= R, Im z 0, где |
R |
столь велико, что все особые точки f (z) |
из |
|||||||||||
верхней полуплоскости находятся внутри |
(L) |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рисунок 1
Согласно основной теореме о вычетах, |
|
f (z)dz = 2 iσ |
, |
|
|
||
|
( L) |
|
|
или, учитывая, что на
действительной оси |
z = x |
, |
|
|
R |
P |
(x) |
|
|
|
dx |
|||
m |
|
|||
|
|
|
||
−R |
Q |
(x) |
|
|
n |
|
|
Мы будем в этой формуле переходить к
+ |
|
|
P |
(z) |
dz = |
|
m |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
(C |
) |
Q |
(z) |
|
|
n |
|
|
||
|
R |
|
|
|
|
пределу при
2 iσ . R →
. Докажем, что
(2)
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
(z) |
|
|
|
|
|
|
lim |
|
|
|
|
m |
|
dz = |
|
|
|
|
|
Q |
(z) |
|||||
|
|
|
|
R→ |
(C |
) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
||
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
А именно, пусть |
P (z) = a zm + a zm−1 |
+... + a |
m |
, |
Q (z) |
||||||
|
m |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
n |
|
0 |
. |
|
= b0 zn + b1 zn−1 +... + bn , тогда
(3)
|
|
|
|
1+ |
|
a1 |
+... + |
|
am |
|
|
|||
P (z) |
|
| a || z |m |
a z |
|
a zm |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
m |
= |
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
. Последняя дробь при | z |= R → стремится к 1, т.е. |
||
Qn (z) |
| b0 |
|| z |n |
|
|
b |
|
|
|
b |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
1+ |
|
1 |
|
+... + |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b z |
|
|
b zn |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
||
231
имеет конечный
|
a |
|
a |
m |
|
|
1+ |
1 |
+... + |
|
|
||
a z |
a z |
m |
|
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
b |
|
b |
|
|
|
1+ |
1 |
+... + |
n |
|
|
|
b z |
b z |
n |
|
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
0 |
|
0 |
|
|
|
предел, значит, |
при |
|
больших |
R |
эта |
|||||
K , где |
K −некоторое число, следовательно, при |
|||||||||
|
|
P |
(z) |
|
|
K | a |
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
m |
|
|
|
0 |
|
|
||
|
|
Q |
(z) |
|
|
| b |
| R |
n−m . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
n |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
дробь ограничена:
| z |= R
(4)
Следуя полученной ранее
|
|
P |
(z) |
|
K | a |
|
| |
|
|
|
|
m |
|
dz |
|
0 |
|
πR = |
|
|
Q |
(z) |
| b |
| R |
n−m |
||||
(C |
) |
|
|
|
|
||||
n |
|
|
0 |
|
|
|
|
||
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оценке
πK | a |
| |
||
|
|
0 |
|
b |
| R |
n−m−1 |
|
|
|
||
0 |
|
|
|
при длине кривой |
(CR ) |
, но так как по условию
l = πR
теоремы
теперь имеем:
n − m −1 1, |
то |
|
последняя величина при |
R → |
стремится к нулю, что |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Переходя |
|
в формуле (2) |
|
к |
|
пределу |
при |
R → |
|
и |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
P |
(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
m |
|
dx = 2 iσ, |
т.е. формулу (1). ■ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
Q |
(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Пример. Вычислить |
|
|
2 |
|
|
2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
(x |
|
+ 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
/ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( z − i) |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
dx = 2πi |
Re s |
|
2 |
|
|
|
2 = 2πi lim |
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
− |
( x |
|
|
+ 1) |
|
|
|
|
|
|
|
( z |
|
+ |
1) |
|
|
|
|
|
( z − i) |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
=i |
|
|
z →i |
|
( z + i) |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2z( z + i) |
2 |
− z |
2 |
2( z − i) |
|
|
|
|
|
|
|
2z( z + i) − 2z |
2 |
|
|
|
|
|
|
2zi |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
= 2πi lim |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
= 2πi lim |
|
|
|
3 |
|
= 2πi lim |
|
|
|
|
|
3 |
|
||||||||||||
|
|
z →i |
|
|
|
|
|
( z + i) |
|
|
|
|
|
|
z →i |
|
|
|
( z + i) |
|
|
|
z →i |
( z + i) |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
z |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
функции |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
( z |
+ |
1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Рассмотрим |
|
T (x) cos λxdx |
|
|
и |
T (x) sin λxdx |
, где |
|
T (x |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и доказывает формулу (3).
учитывая формулу (3), получаем
|
|
|
z |
2 |
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2πi lim |
|
|
|
|
2 |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
z →i |
( z + i) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−2 |
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2πi |
= |
|
( |
z |
0 |
= i |
− |
полюс 2ого порядка |
||
|
−8i |
|
2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
) − правильная рациональная дробь,
знаменатель которой не имеет действительных корней, и λ 0
Сначала приведем (без доказательства) нижеследующую полуокружность, изображенная на рис. 1: | z |= R , Im z 0 .
.
лемму, в которой
(C |
) − |
R |
|
Лемма Жордана. Пусть g(z) − непрерывная в верхней
больших |
| z | |
функция такая, что |
lim M (R) = 0 |
, где M (R) = |
|
||||
|
|
|
R→ |
|
полуплоскости при достаточно
max | g(z) | . Тогда при λ 0
z (CR )
lim |
|
g(z)e |
iλz |
dz |
|
|
|||||
R→ |
(C |
|
) |
|
|
|
R |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
=
0
.
(5)
Теперь сформулируем теорему:
Теорема 2.
|
|
|
T (x) cos λxdx = Re(2πiσ) , T (x) sin λxdx = Im(2πiσ) , |
(6) |
|
− |
− |
|
где σ – сумма вычетов функции T (z)eiλz |
в ее особых точках из верхней полуплоскости. |
|
232
Рассмотрим
T (z)e |
iλz |
dz |
|
||
( L) |
|
|
,
где
T (z) =
P |
(z) |
m |
|
Q |
(z) |
n |
|
−
правильная
рациональная дробь
(т.е. |
n m ), знаменатель которой не |
имеет действительных корней, λ 0 |
и (L) − тот же |
|||||||||||
контур, что в пункте 1 (рис. 1), |
т.е. этот контур состоит из отрезка |
− R, R и |
||||||||||||
полуокружности (CR ) : | z |= R , Im z 0 |
, где R столь велико, что все особые точки T (z) |
|||||||||||||
(нули ее знаменателя) из верхней полуплоскости находятся внутри (L) . |
|
|
|
|||||||||||
Согласно основной теореме о вычетах, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T (z)e |
iλz |
dz = T (x)e |
iλx |
dx + |
T (z)e |
iλz |
dz = 2πiσ , |
|
|
(7) |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
( L) |
|
−R |
|
|
|
(C |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
где |
σ − |
сумма вычетов функции T (z)e |
iλz |
в ее особых точках из верхней полуплоскости. |
||||||||||
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
следует, |
|
Перейдем в формуле (7) к пределу при R → . При этом из оценки (4) при |
n m |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
что |
M (R) = |
lim |
|
T (z)e |
||
R→ |
(C |
) |
|
|
|
|
|
||
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как |
|
T |
||
|
|
|||
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
P |
(z) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max T (z) |
= |
max |
m |
|
→ 0 |
при |
R → , значит, |
согласно лемме Жордана, |
||||||||
|
|
|||||||||||||||
z (CR ) Q |
(z) |
|
|
|||||||||||||
z (CR ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iλz |
= 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz |
, и тогда из формулы (7) при R → |
следует, что |
||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T (x)e |
iλx |
dx = 2πiσ |
|
(8) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(x)e |
iλx |
dx = |
|
T (x) cos λxdx + i |
|
T (x) sin λxdx, |
то, приравнивая действительные и |
|||||||||
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
мнимые части обеих сторон равенства (8), получаем формулы (6). ■
Замечание. Из доказательства теоремы 2 видно, что в левой части формулы (8), а, значит, и в левых частях формул (6) несобственные интегралы понимаются в смысле главного значения.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x sin x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Пример. Вычислить интеграл |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
x |
|
|
+ 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
( ze |
iz |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
x sin x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ze |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ze |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dx = Im |
2 i Re s |
|
|
|
|
|
|
= |
Im 2πi |
|
|
|
|
|
|
|
z =2 i |
|
|
|
|
Im |
|
2πi |
|
|
|z = 2 i |
= Im |
πie |
−2 |
= |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Решение. |
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
2 . |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
− |
x |
|
+ 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z =2 i |
z |
|
+ 4 |
|
|
|
|
( z |
|
+ |
4) ' |
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z =2 i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3. |
Рассмотрим |
теперь |
|
|
2π R(sin x, cos x)dx , |
|
где |
|
|
|
R(x, y) −рациональная |
|
функция |
двух |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z = e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z =1 |
|
|||
переменных. |
|
Сделаем |
|
|
|
в |
|
|
этом |
|
интеграле |
|
|
|
|
замену |
|
ix |
, |
при |
|
|
которой |
|
, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
z − |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z + |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
e |
ix |
− e |
−ix |
|
z |
|
|
z |
2 |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
ix |
+ e |
−ix |
|
|
z |
|
|
|
|
z |
2 |
+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|||||||||||||
sin x = |
|
= |
|
= |
|
, cos x = |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
= |
|
, |
|
|
|
ix |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. Тогда |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
2i |
2i |
|
|
|
2iz |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2z |
|
dz = ie dx = izdx |
dx = |
iz |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
−1 |
|
2 |
+1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R(sin x, cos x)dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz = |
F (z)dz , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9) |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= R |
2iz |
|
|
|
|
|
|
2z |
|
iz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|z|=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|z|=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
z2 −1 z2 +1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
F (z) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
рациональная |
|
|
функция |
z . |
Интеграл |
|
в |
правой |
части |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2iz |
|
|
|
2z |
|
iz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
формулы (9) считается при помощи основной теоремы о вычетах.
233
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 π |
|
|
dx |
|
||
Пример. Вычислить интеграл |
|
|
|
|
|||||||||||||
5 |
+ 4 cos x |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
||||||
|
|
2 π |
|
dx |
|
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
||
Решение. |
I = |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
+ 1 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
0 |
5 + 4 cos x |
| z | =1 |
|
|
|
z |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
iz 5 + 4 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2z |
|
|
||
решения уравнения |
2z |
2 |
+ 5z |
+ 2 = 0 |
, |
т.е. |
z |
|
= −2 |
||||||||
|
1 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
интегрирования, и I |
= −i2 i Re s |
|
|
1 |
|
|
|
= 2 |
|||||||||
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2z |
+ 5z + 2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
z =− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.
−i |
|
|
|
dz |
|
|
. |
Особые точки подынтегральной функции это |
|||
|
2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
| z | =1 |
2z |
|
+ 5z + 2 |
|
|
|
|
|
||
|
z |
= − |
1 |
|
|
|
|
z |
|
|
|
и |
. Из |
|
этих точек лишь |
|
находится внутри контура |
||||||
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
= |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
. |
|
|
|
|
4z + |
5 z = − |
|
|
3 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
ОСНОВЫ ОПЕРАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ Оригинал и его изображение
Определение 1. Оригиналом называется любая комплекснозначная функция
действительного аргумента |
t |
, удовлетворяющая следующим условиям: |
||
|
|
|
|
|
1) |
f (t) определена на всей прямой и |
f (t) = 0 при t 0 . |
||
f (t)
2) |
f |
|
(t)
вместе со своими производными до некоторого (достаточно высокого) порядка
кусочно-непрерывна, т.е. эти функции могут иметь только разрывы 1-го рода в конечном числе в любом конечном интервале.
3) |
f (t) |
возрастает не быстрее показательной функции, т.е. существуют числа |
M 0 |
и |
|
s0 0 такие, что для всех t |
| f (t) |
||
функции |
f (t) |
. |
|
|
|
||
Определение 2. Пусть функция
| Me |
s t |
; при этом число |
s |
|
называется показателем роста |
|
0 |
0 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
f (t) |
является оригиналом. Изображением этой функции |
|||||
|
||||||
(или ее
p = s +iσ
преобразованием Лапласа) называется функция комплексного переменного , определяемая соотношением
F ( p) =
+ |
|
|
f |
0 |
|
(t)e |
− pt |
dt |
|
.
(10)
Формулу (10) мы также будем записывать в виде
f
(t)
F( p)
.
Теорема 3. Изображение |
F( p) |
определено при |
Re p = s |
|
несобственный интеграл в формуле (10) сходится (рис. 2).
s0
, т.е. при этом условии
Рисунок 2
234
Аналогично оценкам интеграла в действительной области, имеем:
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
F ( p) |
= |
|
f (t)e |
− pt |
dt |
|
f (t) |
e |
− pt |
dt |
|
Me |
s |
t |
e |
−st |
|
|
e |
−iσ t |
dt = |
Me |
s |
t |
e |
−st |
dt = |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
= |
|
+ |
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
| |
+ |
|
|
|
M |
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
s |
s |
M |
|
|
|
|
|
M |
, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
( s |
−s)t |
|
|
(s |
−s)t |
|
|
|
|
|
|
|
|
(s |
−s)t |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
M |
e |
dt = |
|
|
|
e |
|
|
|
= |
|
|
|
lim e |
−1 |
= |
|
|
|
(0 −1) |
= |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
s |
|
− s |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
s |
− s |
|
t →+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
− s |
|
|
|
|
s − s |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
||||
что и дает сходимость (даже абсолютную) интеграла в правой части формулы (10). ■
Замечание. Из полученной в ходе доказательства этой теоремы оценки
|
|
|
|
|
|
F ( p) |
|
M |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
s − s |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
следует также, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
F ( p) = 0 . |
|
||||||
|
|
|
|
|
Re p→+ |
|
|
|
|
|
|
|||
Пример. Найти изображение так называемой единичной функции |
η(t) |
|||||||||||||
|
||||||||||||||
|
+ |
|
|
+ |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
F ( p) = η(t)e |
− pt |
|
|
|
− pt |
|
− pt |
| |
+ |
|
|
||
Решение. По определению |
dt = |
e |
dt = − |
e |
. При |
p = |
||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
так как под знаком предела стоит произведение бесконечно малой при |
t → + |
|||||||||||||
|
|
|||||||||||||
(11)
(12)
= |
1 при |
t 0 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
при |
t 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
s + iσ |
и s 0 |
lim e |
− pt |
= |
lim e |
− st |
e |
− iσ t |
= 0 |
, |
||||
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
t → + |
|
|
t →+ |
|
|
|
|
|
функции |
e |
− st |
на ограниченную функцию |
|||||||||||
|
||||||||||||||
|
|
|||||||||||||
e |
−iσ t |
|
( 
e |
− iσ t |
|
=
1
). Отсюда
η(t ) |
1 |
|
|
|
p |
.
Теорема 4. Изображение |
F( p) |
является в области Re |
|
Не вдаваясь в законность приведенных ниже следующей формальной выкладкой:
p = s s0 |
аналитической функцией. |
преобразований, подтвердим это
Проверим существование |
F'( p) для каждого |
p |
из полуплоскости Re |
||||||||||||||
|
|
+ |
|
|
|
|
/ |
+ |
|
|
|
|
|
+ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
F '( p) = |
|
f (t)e |
− pt |
dt |
|
= |
(f (t)e |
− pt |
) |
dt = − |
tf (t)e |
− pt |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
p |
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Можно проверить, что последний интеграл сходится. ■
p dt .
s0
:
(13)
Схема применения операционного исчисления состоит в следующем: переходят от данных функций к их изображениям; совершают соответствующие (более простые) операции над полученными изображениями, находя изображение искомой функции; затем по найденному изображению искомой функции находят оригинал – решение исходной задачи.
Приведем (без доказательства) теорему, оправдывающую описанную выше схему применения операционного исчисления.
Теорема 5 (единственности). Если в некоторой полуплоскости Re p s0 F( p) является
изображением двух оригиналов, то эти оригиналы равны во всех точках, где они непрерывны.
Т.е. в точках своей непрерывности оригинал определяется однозначно; в точках же разрыва (1-го рода) значение оригинала может быть любым, так как это значение не влияет на величину интеграла в формуле (10).
235
Свойства преобразования Лапласа
Ниже всюду запись изображение.
f (t) F( p)
будет обозначать, что
f
(t)
−
оригинал, а
F( p)
его
Теорема 6 (смещения).
Тогда при |
Re p s |
0 |
+ Re |
|
|
Пусть |
f (t) F( p) |
при Re p s0 |
|
|
|||
|
справедлива формула |
||
|
|||
и
−
любое комплексное число.
(т.е. в аргументе изображения
|
+ |
|
|
|
+ |
|
t |
t |
|
− pt |
|
|
|
e |
f (t) e |
f (t)e |
|
dt = |
f |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
t |
f (t) F( p −) |
|
|
|
e |
||
p |
заменяется на p − |
|||
(t)e |
−( p− )t |
dt = F ( p −) |
||
|
|
|||
).
в силу формулы (10) при
Re( p −)
s0
, т.е. при
Re p −Re
s0
,
Re
p
s |
0 |
|
+ Re
.
Пример. Найти изображение функции
e |
t |
|
, где
−
произвольное комплексное число.
Решение. Здесь, как и в других примерах ниже, условию 1) определения оригинала удовлетворяет не эта функция, а
функция, равная нулю при отрицательных |
t |
и равная |
e |
t |
при |
t |
положительных, т.е. функция |
e |
t |
η(t) . Однако там, где |
|
|
это не может привести к недоразумениям, мы будем для простоты записи |
η(t) |
опускать. |
|
|
t |
|
t |
η(t) ; так как η(t ) |
1 |
e |
t |
η(t) |
1 |
|
|
|
Имеем: e |
= e |
, то по теореме 6 |
. |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
p − |
|
|
|
Теорема 7 (линейность изображения). Пусть |
f1(t) F1( p) |
при |
Re p s1 |
и |
||||||||
f |
2 |
(t) F ( p) |
|
2 |
при |
Re p s2 |
. Тогда при |
Re p max(s1, s2 ) |
и |
любых комплексных постоянных |
|||||||||||||||||||
справедлива формула c1 f1 |
(t) + c2 f2 (t) c1F1( p) + c2 F2 ( p) . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
c |
f (t) + c |
f |
|
(t) |
|
c |
f (t) + c |
f |
|
(t) e |
− pt |
dt = c |
|
f (t)e |
− pt |
dt + c |
2 |
f |
|
(t)e |
− pt |
dt = |
||
2 |
2 |
|
|
2 |
|
|||||||||||||||||||
1 |
1 |
2 |
|
1 |
1 |
2 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
c1
и
c |
2 |
|
= c1F1( p)
+ c F ( p) |
|
2 |
2 |
. ■
Примеры. Найти изображения функций ( − произвольное комплексное число). Решение.
|
|
|
|
e |
i t |
− e |
− i t |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
1. |
sin t = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
; |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2i |
|
|
|
|
|
2i p − i |
|
|
p + i |
|
|
|
|
|
2i |
|
p |
+ |
2 |
|
|
p |
2 |
|
+ |
2 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
cos t = |
ei t + e− i t |
|
|
1 |
1 |
|
|
+ |
|
1 |
|
|
= |
|
|
1 |
|
|
|
|
2 p |
|
|
= |
|
|
|
|
|
p |
|
; |
|||||||||||||||||||||
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
p + i |
|
|
|
p |
2 |
|
+ |
2 |
|
|
p |
2 |
|
+ |
2 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p − i |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
e t − e− t |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3. |
sh t = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
p − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
− |
|
2 |
|
|
p |
2 |
− |
|
2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
p + |
|
2 p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
e t + e− t |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
4. |
ch t = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
p − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
− |
2 |
|
|
|
p |
2 |
− |
|
2 |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
p + |
|
2 p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
Приведем еще один пример применения теорем 6 и 7:
|
t |
|
2 |
|
1 |
t |
|
|
|
|
1 |
|
p |
|
4 |
|
e |
|
sin |
|
t = |
|
e |
(1 − cos 2t) ; так как 1 |
− cos 2t = η(t) − cos 2t |
|
− |
|
= |
|
, то |
||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
p p2 + 4 |
|
p( p2 + 4) |
|||
et sin2 |
t |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
( p −1) ( p −1)2 |
+ 4 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
236
Теорема 8 (дифференцирование оригинала). Пусть
f
(t)
F( p)
при
Re p s0
и
f '(t)
тоже является оригиналом при
где под |
f (0) |
понимается |
lim |
f |
|
||||
|
|
|
t→+0 |
|
Re p (t) .
s1
. Тогда при
Re p max(s |
, s ) |
0 |
1 |
f '(t) pF( p) −
f
(0)
,
Интегрируя по частям, имеем:
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
f '(t) |
f '(t)e |
− pt |
dt |
= |
e |
− pt |
df (t) = e |
− pt |
f (t) |
| |
|
|
− |
f (t)de |
− pt |
= |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= lim e |
− pt |
f (t) − f (0) |
+ |
|
p |
|
f (t)e |
−pt |
dt = pF( p) − f (0) |
, так как при |
|
|
p = s +iσ |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
t→+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
| e |
− pt |
f (t) | | e |
−st |
|
|| e |
−iσ t |
| Me |
s t |
|
|
|
−st |
e |
s t |
|
|
−(s−s |
)t |
→ 0 |
|
при t → + ( s − s0 0 ). ■ |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
= Me |
|
0 |
|
= Me |
|
|
0 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Следствие. Если оригиналом является не только |
f '(t) |
, но и следующие производные этой |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
функции, то из теоремы 8 получаем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
||
f |
''(t) = |
f '(t) |
|
|
p |
pF ( p) − f (0) |
− f |
'(0) = p F ( p) − pf (0) − f |
'(0) |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
p |
2 |
F ( p) − pf (0) − f '(0) |
|
− f |
|
|
|
|
3 |
F ( p) − p |
2 |
f (0) − pf '(0) − f ''(0) |
и так |
||||||||||||||||||||||||||
'''(t) = f ''(t) |
|
|
|
|
''(0) = p |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
далее. В общем случае |
|
f |
(n) |
|
|
|
n |
F( p) − p |
n−1 |
f (0) − p |
n−2 |
f '(0) |
−... |
− f |
(n−1) |
(0) , |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
(t) p |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
где |
f |
(k ) |
(0) |
= lim |
f |
(k ) |
(t) , |
|
k |
= 0, 1, |
..., |
n −1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t→+0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Теорема 9 (интегрирование |
оригинала). Пусть |
f (t) F( p) |
при |
Re |
||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
t |
|
F ( p) |
|
|
|
|
непрерывна при t 0 . Тогда при тех же |
p |
|
f (t)dt |
. |
|
|
||||
|
p |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверим, что функция φ(t) = |
|
f (t)dt |
является оригиналом. Условия 1) и |
|||||||
|
||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оригинала, очевидно, выполняются, условие 3) тоже выполняется: |
|
|||||||||
p s0 |
и |
f (t) |
|
2) определения
t
φ(t)
=
0
Так как
φ(t) (
f
p
|
t |
|
t |
|
|
|
M |
|
|
|
|
(t)dt |
f (t)dt M e |
s |
t |
dt = |
e |
s |
t |
||||
0 |
|
|
|
0 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
||
φ(t) |
является |
оригиналом, |
то |
|
|||||||
|
|
||||||||||
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. Тогда по теореме 8 имеем: |
|
|
|
|
|
||||||
t |
|
| |
= |
0 |
|
она
M |
(e |
s |
t |
− |
|
0 |
|
||
|
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
имеет
1) |
M |
e |
s |
t |
. |
|
|
|
0 |
|
|||
|
s |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
некоторое изображение. Пусть
φ (t) p ( p) −φ(0) =
|
t |
|
p ( p) − lim |
f (t)dt |
= |
t →+0 |
0 |
|
|
|
p ( p) − lim |
f (c) t |
t →+0 |
|
=
p ( p) −0 =
p ( p)
(здесь применены теорема о среднем в определенном интеграле, c между 0 и t , и теорема о произведении бесконечно малой и ограниченной функций).
Но по теореме о производной определенного интеграла по переменному верхнему пределу
φ (t) = f (t) F( p) |
, значит |
F( p) = p ( p) |
, т.е. |
( p) |
|
|
|
Теорема 10 (дифференцирование изображения).
при тех же p справедлива формула −tf (t) F'( p) .
Теорема сразу же следует из формулы (13). ■
= |
F ( p) |
|
p |
||
|
Пусть
. ■
f (t)
F( p)
при Re p s0 . Тогда
237
Результат теоремы можно переписать следующим образом: |
|
tf |
||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||
Следствие. Применяя эту теорему несколько раз, имеем |
t |
2 |
f |
|||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||
…; t |
n |
f (t) (−1) |
n |
F |
(n) |
( p) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Пример. Найти изображение функций g(t) = t |
n |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
( n ) |
|
(−1) |
n |
n ! |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
t |
n |
n |
η(t) (−1) |
n |
= (−1) |
n |
|
= |
|||||||
Решение. При натуральных n имеем: |
|
= t |
|
|
|
|
|
+1 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
p |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
||
(t) −F' (t) F''(
n ! |
|
|
. |
p |
n +1 |
|
|
( p
p) ) ;
.
t |
3 |
f |
|
(t) −F'''( p)
;
Рассмотренные до сих пор примеры изображений:
|
η(t) |
1 |
sin t |
|
|
|
|
|
p |
2 |
+ |
2 |
|||
|
|
|
p |
||||
|
|
|
|
|
|
||
t |
|
1 |
cos t |
|
p |
|
|
e |
|
− |
2 |
+ |
2 |
||
|
|
p |
p |
||||
|
|
|
|
|
|
||
Пример: Найти изображение функции |
|
f (t) = t |
|||||
|
|
|
|||||
можно объединить
sh t |
|
|
|
|
|
p |
2 |
− |
2 |
||
|
|||||
|
|
|
|||
ch t |
|
|
p |
|
|
p |
2 |
− |
2 |
||
|
|||||
|
|
|
sin t .
в следующую таблицу
t |
n |
|
n! |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
n+1 |
|
|
|
|
|
Решение.
|
|
1 |
|
/ |
|
2 p |
|
|
|
t sin t − |
2 |
|
|
= |
|
2 |
|
|
. |
p |
+ 1 |
|
|
( p |
+ |
1) |
2 |
||
|
|
|
|
||||||
238
ЛЕКЦИЯ 9
Свойства преобразования Лапласа (продолжение)
Теорема 1 (интегрирование изображения). Пусть |
f (t) F( p) |
при |
Re p |
||||
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
интеграл |
|
F ( p)dp |
сходится (здесь под этим интегралом понимается |
|||
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
s0 |
и для таких |
||
|
|
P |
|
lim |
|
|
F ( p)dp ). |
|
|
||
Re P→+ |
p |
|
|
|
|
|
|
Тогда этот интеграл является изображением функции
f(t) t
, т.е.
f(t) t
F ( p)dp
p
.
Интеграл в правой части последней формулы имеет вид
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
F ( p)dp = |
|
|
|
f (t)e− pt dt dp |
p |
|
p |
0 |
|
|
.
(1)
Предполагая возможность изменить в этой формуле порядок интегрирования (что можно аккуратно проверить), имеем:
|
+ |
|
− pt |
|
|
F ( p)dp = |
f (t) e |
dp dt |
|||
|
|||||
p |
0 |
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2)
Так как произведение бесконечно малой и ограниченной функций есть функция бесконечно
малая, то при |
|
|
p = s +iσ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
e |
− pt |
dp = − |
e |
− pt |
| |
= − |
lim e |
−st |
e |
−iσ t |
|
− e |
− pt |
|
|
= − |
(0 − e |
− pt |
) = |
e |
− pt |
. Тогда из формулы (2) |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
t |
s→+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|||||
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
f (t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
F ( p)dp = |
|
|
e |
− pt |
dt |
, что и доказывает теорему. ■ |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
p |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
t |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Пример. Найти изображение функции |
g (t) = |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
t |
−1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p −1 |
|
|
|
|
|
p −1 |
|
p |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
dp = ln( p −1) |
− ln |
| |
|
|
= ln |
|
|
| |
|
= ln 1 − ln |
|
|
= ln |
. |
||||||||||||||||||||
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
p |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
p −1 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ f (t) |
|
|
− pt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Замечание. Теорема 1 означает, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
dt = F ( p)dp . Если бы в этой формуле можно |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
было положить, что p = 0 , то она приняла бы вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
f (t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt = |
F ( p)dp . |
|
|
|
(3) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
На самом деле, формула (3) действительно верна. Ее можно применять для вычисления некоторых сходящихся несобственных интегралов от функций действительного переменного.
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
|
Пример. |
Вычислить интеграл |
|
t |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
+ |
|
dp2 |
= arctg |
p|0 = |
||||||
Решение. sin t dt = |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 t |
0 |
p + 1 |
|
|
|
2 |
||||
t dt
.
.
239
