- •Числовой ряд. Сумма числового ряда.
- •Необходимое условие сходимости числового ряда. Гармонический ряд.
- •Комплексная форма ряда Фурье.
- •Основные элементарные функции комплексной переменной.
- •26. Предел и непрерывность функции комплексной переменной.
- •35.Особые точки аналитических функций.
- •51. Применение формулы Дюамеля при решении задачи Коши.
-
Комплексная форма ряда Фурье.
Ряды
Фурье часто применяются в комплексной
форме записи. Преобразуем ряд
и его коэффициенты к комплексной форме.
Для этого используем формулы Эйлера,
выражение косинус и синус через
показательную функцию:
,
(из формулы Эйлера
и вытекающего из нее равенства
находим, что
,
.
Подставив эти выражения в ряд
,
находим:

где
обозначено
,
.
,
или
.
Коэффициенты
этого ряда можно записать в виде

(
).
Равенство
,
или
называется комплексной формой ряда
Фурье функции
,
а числа
найденные по формуле
- комплексным коэффициентом ряда Фурье.
-
Интеграл Фурье
,
или
.
эта
формула называется формулой Фурье, а
интеграл в правой части формулы –
интегралом Фурье для функции
.
Данную формулу можно переписать в виде однократного интеграла:

т.е.
,
где
,
.
Если
функция
-
четная, то формула
принимает вид
,
где
;
в случае нечетной функции -
,
где
.
-
Преобразование Фурье.
Формулу
Фурье
можно представить в симметричной форме
записи, если положить в формулах
и
,
.
В случае четной функции
,
где
;
в случае нечетной функции
,
где
.
Функции
и
называются соответственно
косинус-преобразованием и
синус-преобразованием Фурье для функции
.
-
Понятие функции комплексной переменной.
Пусть
даны два множества D
и E,
элементами которых являются комплексные
числа. Числа
множества D
будем изображать точками комплексной
плоскости
,
а числа
множества E
– точками комплексной плоскости
.
Если
каждому числу (точке)
по некоторому правилу поставлено в
соответствие определенное число (точка)
,
то говорят , что на множестве определена
однозначная функция комплексного
переменного
, отображающая множество D
в множестве E.
Если
каждому
соответствует несколько значений
,
то функция
называется многозначной.
Множество
D
называется областью определения функции
;
множество E1
всех значений
,
которые
принимает на E,
называется областью значений этой
функции (если же каждая точка множества
E
является значением функции, то E
– область значений функции; в этом
случае функция
отображает D
на E).
Далее
будем рассматривать такие функции
,
для которых множества D
и E1
являются областями. Областью комплексной
плоскости называется множество точек
плоскости, обладающий свойствами
открытости и связности.
Функцию
можно записать в виде
,
т.е.
,
где
,
,
.
Функцию
при этом называют действительной частью
функции
,
а
- мнимой.
Таким образом, задание функции комплексного переменного равносильно заданию двух функций двух действительных переменных.
-
Основные элементарные функции комплексной переменной.
Показательная функция
Показательная
функция
определяется формулой
Показательная
функция комплексного переменного
обладает специфическим свойством: она
является периодической с мнимым основным
периодом
.
Действительно,
,
т.е.

Отметим,
что
не всегда больше нуля. Например,
Логарифмическая функция
Эта
функция определяется как функция,
обратная показательной: число
называется логарифмом числа
,
если
,
обозначается
.
Т.к. значения показательной функции
всегда отличны от нуля, то логарифмическая
функция
определена на всей плоскости
, кроме точки
.
,
т.е.
или,
,
где
.
Формула
(*) показывает, что функция комплексного
переменного имеет бесчисленное множество
значений, т.е.
– многозначная функция.
Однозначную
ветвь этой функции можно выделить,
подставив в формулу (*) определенное
значение k.
Положив k=0,
получим однозначную функцию, которую
называют главным значением логарифма
и обозначают символом
:

Формулу
(*) можно переписать так
.
Из
формулы (*) следует, что логарифмическая
функция
обладает известными свойствами логарифма
действительного переменного:

Степенная
функция
.
Если
n
– натуральное число , то степенная
функция определяется равенством
.
Функция
- однозначная.
Если
,
то этом случае

Функция
- многозначная.
Если
,
то степенная функция определяется
равенство

Функция
- многозначная.
Степенная
функция
с произвольным комплексным показателем
определяется равенством

Тригонометрическая функция
Тригонометрическая
функции комплексного аргумента
определяются равенствами
,
При действительных
эти определения приводят к тригонометрическим
функциям действительного переменного.
Так, при

.
Гиперболические функции Эти функции определяются равенствами
,

Заменяя
в указанных функциях
на
,
получим:

(
).
Обратные тригонометрические и гиперболические функции
Число
w
называется арксинусом числа z,
если
и обозначается
.

