
- •Элементарные функции комплексного переменного.
- •Дифференцирование функций комплексного переменного.
- •Интеграл в комплексной области.
- •Нули аналитической функции.
- •Изолированные особые точки функции комплексного переменного.
- •Ряд Тейлора функции комплексного переменного.
- •Ряд Лорана.
- •Вычисление несобственных интегралов.
- •Преобразования Лапласа. Решение задач Коши операционным методом.
Вычисление несобственных интегралов.
~
~
Утверждение.
Пусть R(x,
y)
- рациональная функция двух действительных
переменных. Тогда справедливы равенства
Действительно,
замена z = eix
переводит отрезок
в окружность |z|
= 1,
.
При этом:
В
результате имеем формулу, сопоставляющую
интеграл от действительной переменной
с интегралом по замкнутой кривой от
функции комплексного переменного:
Замечание. Для вычисления таких интегралов в математическом анализе в общем случае, за исключением некоторых частных случаев, применяется замена tg(1/2)= t ("универсальная" подстановка) и интеграл приводится к интегралу от рациональной дроби.
Утверждение.
Пусть функция
где
Pn(x)
и Qm(x)
- многочлены степени n
и m (n
= const, m
= const), удовлетворяет условиям:
1. (m
- n) больше или равно
2.
2. Qm(x)
не равна 0 при x,
принадлежащим области действительных
чисел.
Тогда справедливы равенства:
Здесь
zk,
k
= 1,2,..., p
- все особые точки функции R(z),
расположенные выше оси Ох
(Im zk>
0) в случае формулы (1) и ниже оси Ох
(Im zk<
0) в случае формулы (1.2).
Замечание.
Если R(z)
- четная функция, то можно, используя
формулы (1.1) и (1.2), вычислить интеграл
вида
т.к.
для четной функции имеет место равенство:
Утверждение.
Пусть R(x)
- рациональная функция, не имеющая особых
точек на действительной оси, для которой
точка z,
равная бесконечности, - нуль порядка не
ниже первого (т.е. (m -
n) больше или равно
1). Тогда справедливы формулы:
Преобразования Лапласа. Решение задач Коши операционным методом.
Операционное исчисление - один из наиболее эффективных методов интегрирования линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. При решении операционным методом задача интегрирования линейного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами сводится к задаче о решении алгебраического уравнения.
Функцией-оригиналом
называется функция
f (x)
для которой справедливо:
f (x)
непрерывна при неотрицательных x,
за исключением, быть может конечного
числа точек, f (x) = 0 при x<0,
существуют такие постоянные M
и a,
что
при
всех неотрицательных x.
Преобразованием
Лапласа функции f (x)
называется функция
Функция F (p) называется изображением функции f (x), а функция f (x) - оригиналом для F (p).
Основные свойства преобразования Лаплалса, используемые при решении дифференциальных уравнений следующие:
-
оригинал восстанавливется по изображению единственным образом, с точностью до значений в точках разрыва - теорема единственности;
-
если F (p) и G (p) - изображения соответственно для f (x) и g (x), то изображением для af (x) + bg (x) является aF (p) + bG (p) - линейность преобразования Лапласа;
-
изображением для производной f (n)(x) является функция pnF(p) - pn-1f (0) - pn-2f '(0) -...- pf (n-2)(0) - f (n-1)(0) - изображение производных;
-
если F (p) изображения для f (x), то для любого a>0 изображением для f (x-a) является
- теорема запаздывания.
Рассмотри
задачу Коши:
a1,
a2,
..., an
- постоянные.
Алгоритм
решения задачи Коши для уравнений
операционным методом состоит в следующем.
Обрзначим Y (p)
и F (p)
изображения для y (x)
и f (x).
Тогда по основным свойствам
преобразования Лапласа, переходя к
изображениям, получим:
или,
A (p)Y (p) + B (p)
= F (p),
где A (p)
и B (p)
- многочлены.
Отсюда:
и
искомое решение задачи Коши y (x)
является оригиналом для Y (p).
Совершенно
аналогично операционное исчисление
применяется к решению задачи Коши для
систем линейных дифференциальных
уравнений с постоянными коэффициентами.
Рассмотри задачу Коши:
A-
постоянна матрица размерности n.n.
Алгоритм
решения задачи Коши для систем
операционным методом состоит в следующем.
Обозначим
изображения
для
-
компонентами вектор-функций
являются
изображения соответствующих компонент
вектор-функций
.
Тогда по основным свойствам преобразования
Лапласа, переходя к изображениям,
получим:
,
где
E
- единичная матрица,
-
обратная матрица к матрице
.
Тогда искомое решение задачи Коши
является
оригиналом для
.