实验一计算复变函数极限微分积分留数泰勒级数展开式.ppt

实验一 计算复变函数极限、微分、积分、 留数、泰勒级数展开式,（一） 实验类型：验证性 （二） 实验类别：基础实验 （三） 实验学时数：2学时,1、MATLAB求复变函数极限,2、MATLAB求复变函数微分,3、MATLAB求复变函数积分,4、MATLAB求复变函数在孤立奇点的留数,5、MATLAB求复变函数的泰勒级数展开式,MATLAB实现内容,1、MATLAB求复变函数极限 用函数limit求复变函数极限 【Matlab源程序】 syms z f=; limit(f,z,z0) 返回极限结果,例1 求 在z=0的极限 解 syms z; f=z*exp(z)/(sin(z) limit(f,z,0) ans = 1,MATLAB基本命令,.,.,解 【Matlab源程序】 syms z f=sin(z)/z; limit(f,z,0),ans= 1,limit(f,z,1+i),ans= 1/2*sin(1)*cosh(1)-1/2*i*sin(1)*cosh(1) +1/2*i*cos(1)*sinh(1)+1/2*cos(1)*sinh(1),2、 MATLAB求复变函数微分 用函数diff求复变函数极限 【Matlab源程序】 syms z f=（）; diff(f,z) 返回微分结果,例3设,解 syms z f=exp(z)/(1+z)*(sin(z); diff(f) ans = exp(z)/(1+z)/sin(z)-exp(z)/(1+z)2/sin(z) -exp(z)/(1+z)/sin(z)2*cos(z),3、 MATLAB求复变函数积分 (1)用函数int求解非闭合路径的积分. 【Matlab源程序】 syms z a b f= int(f,z,a,b) 返回积分结果,例 4 求积分,解 syms z x1=int(cosh(3*z),z,pi/6*i,0) x2=int(z-1)*exp(-z),z,0,i) 结果为： x1 = -1/3*i x2 = -i/exp(i),(2) 用函数int 求解闭合路径的积分.,解 【Matlab源程序】 syms t z z=2*cos(t)+i*2*sin(t); f=1/(z+i)10/(z-1)/(z-3); inc=int(f*diff(z),t,0,2*pi),结果为 inc =779/78125000*i*pi+237/312500000*pi 若只输出6位有效数值，使用语句 vpa(inc,6) 结果为 ans =.238258e-5+.313254e-4*i,4、 MATLAB求复变函数在孤立奇点的留数 （1）f(z)=p(z)/q(z)；p(z)、q(z)都是按降幂排列的 多项式 用函数residue求f(z)=p(z)/q(z)在孤立奇点的留数 【Matlab源程序】 R,P,K= residue (B,A) 返回留数，极点 说明：向量B为f(z)的分子系数； 向量A为f(z)的分母系数； 向量R为留数； 向量P为极点位置； 向量k为直接项:,解 R,P,K= residue(1,0,1,1,1) 结果为： R= 2 P = -1 K = 1 -1,解 先求被积函数的留数 R,P,K= residue (1,0,1,0,0,0,-1),结果为：,R = 0.2500 0.2500 -0.2500 + 0.0000i -0.2500 - 0.0000i P = -1.0000 1.0000 0.0000 + 1.0000i 0.0000 - 1.0000i K = ,可见在圆周,内有四个极点,所以积分值等于,S=2*pi*i*sum(R) 结果为S =0 故原积分,（2）如果已知函数奇点z0的重数为m,则可用下面的 MATLAB语句求出相应的留数 R=limit(F*(z-z0),z,z0) %单奇点 R=limit(diff(F*(z-z0)m,z,m-1) /prod(1:m-1);z,z0) % m重奇点,例8 求函数,在孤立奇点处的留数,syms z f=sin(z+pi/3)*exp(-2*z)/(z3*(z-1) R=limit(diff(f*z3,z,2)/prod(1:2),z,0) 结果为：R = -1/4*3(1/2)+1/2 ; limit(f*(z-1),z,1) ans = 1/2*exp(-2)*sin(1)+1/2*exp(-2)*cos(1)*3(1/2),MATLAB语句分别求出这两个奇点的留数,5、MATLAB求复变函数的泰勒级数展开式 （1）用函数taylor求f(z)泰勒级数展开式 【Matlab源程序】 syms z f= Taylor(f,z0) 返回f(z)在点z0泰勒级数展开式,例9 求函数f=1/(z-b)在点z=a泰勒级数展开式前4项 syms z a b; f=1/(z-b); taylor(f,z,a,4) ans = 1/(a-b)-1/(a-b)2*(z-a)+1/(a-b)3*(z-a)2 -1/(a-b)4*(z-a)3,（2）求二元函数z=f(x,y)在点（x0,y0）的泰勒级数 展开式. 【Matlab源程序】 syms x y; f=(); F=maple(mtaylor,f,x,y,m) 返回在(0,0)点处 的泰勒级数展开式的前m项. F=maple(mtaylor,f,x=x0,y=y0,m) 返回在 (x0,y0)点处的泰勒级数展开式的前m项. F=maple(mtaylor,f,x=a,m) 返回对单变量 在x=a处的泰勒级数展开式的前m项.,例10 求函数,在原点(0，0)，以及（1，a）点处的Taylor展式,【Matlab源程序】 syms x y; f=(x2-2*x)*exp(-x2-y2-x*y); maple(mtaylor,f,x,y,4) 在(0,0)点处的泰勒级数展开式： ans = -2*x+x2+2*x3+2*y*x2+2*y2*x,maple(mtaylor,f,x=a,2) 在x=a处泰勒级数展开式： ans = (a2-2*a)*exp(-a2-y2-a*y) +(a2-2*a)*exp(-a2-y2-a*y)*(-2*a-y) +(2*a-2)*exp(-a2-y2-a*y)*(x-a),maple(mtaylor,f,x=1,y=a,2) 在(1,a)点处的泰勒级数展开式： ans = -exp(-1-a-a2)-exp(-1-a-a2)*(-2-a)*(x-1) -exp(-1-a-a2)