复变函数的积分PPT课件

第三章复变函数的积分,基本要求：1、掌握积分概念和性质。2、理解柯西定理（闭路积分）。3、熟练应用柯西积分公式解题。重点：柯西定理、柯西公式。,.,2,一、积分的定义,1.有向曲线:,设C为平面上给定的一条光滑(或按段光滑)曲线,若选定C的两个可能方向中的一个作为正方向(或正向),则称C为有向曲线.,如果A到B作为曲线C的正向,那么B到A就是曲线C的负向,简单闭曲线正向的定义:,当曲线上的点P顺此方向前进时,邻近P点的曲线的内部始终位于P点的左方.,与之相反的方向就是曲线的负方向.,1复变函数积分的概念,.,3,2.积分的定义:,(,D,.,4,关于定义的说明:,.,5,二、积分存在的条件及其计算法,1.存在条件：,若f(z)为连续函数且C是光滑曲线，则积分一定存在。（证明略）,2.积分计算：,.,6,计算方法1的推导：,计算方法2的推导：,.,7,连续曲线,两个连续的实函数，则方程组,代表一平面曲线，称为连续曲线。,平面曲线的复数表示:,曲线的数学表达,过定点,，倾斜角为的直线参数方程为：,.,8,其参数方程为,复平面上以z0为圆心，半径为r的圆：,以(a,b)为圆心，半径为r的圆：,.,9,例1,直线段C3:的方程为,解：,计算其中积分路径C分别为如下两种：直线段，和折线段,写成复数形式有：,直线段C4:的方程为,写成复数形式有：,.,10,例1续,直线段方程为,这两个积分都与路线C无关（格林定理）,.,11,例2,.,12,例3,解,积分路径的参数方程为,.,13,例4,解,积分路径的参数方程为,.,14,重要结论：积分值与路径圆周的中心和半径无关.,.,15,例5,解,(1)积分路径的参数方程为,y=x,(2)积分路径的参数方程为,.,16,(3)积分路径由两段直线段构成,x轴上直线段的参数方程为,1到1+i直线段的参数方程为,.,17,三、积分的性质,复积分与实变函数的定积分有类似的性质.,估值不等式,.,18,性质(4)的证明,两端取极限得,证毕,.,19,例6,解,根据估值不等式知,.,20,2柯西古萨基本定理,f(z)不满足C-R方程,在复平面内处处不解析.此时积分与路线有关.,由以上讨论可知,积分是否与路线无关,或沿闭曲线的积分值为0的条件，可能决定于被积函数的解析性及区域的连通性.,上一小节几个例子：例1此时积分与路线无关.例2例4f(z)在以z0为中心的圆周内不是处处解析的，此时虽然在除z0外的圆内处处解析，但此区域已不是单连通域,.,21,积分定积分二重积分三重积分曲线积分曲面积分,积分域区间平面区域空间区域曲线曲面,曲线积分,第一型曲线积分（对弧长的曲线积分）,第二型曲线积分（对坐标的曲线积分）,高数知识回顾：曲线积分在高等数学中我们学习了下列积分：,.,22,二重积分,.,23,第一型曲线积分,如果L是闭曲线,则记为,设L是空间可求长曲线段,f(x,y)为定义在L,上的函数，则可定义f(x,y)在空间曲线,L上的第一型曲线积分，并记作,.,24,第二型曲线积分,变力沿曲线作功:,设一质点受如下变力作用,沿曲线L从点A移动到点B，则力F(x,y)所作的功由如下曲线积分给出：,或,也记为,或,简记为,P、Q是连续函数,.,25,格林(Green)公式,定理,(格林公式),若函数,在闭区域D上具有连续一阶偏导数，则有：,其中L为区域D的边界曲线，并取正方向.,.,26,曲线积分与路线的无关性定理,在D内具有一阶连续偏导数,(iii)沿D中任意按段光滑闭曲线L,有,(ii)对D中任一按段光滑曲线L,曲线积分,(i)在D内处处成立,与路径无关,只与L的起点及终点有关.,设D是单连通域，函数,则以下三个条件等价:,.,27,根据格林公式：,.,28,柯西古萨基本定理（柯西积分定理）,定理中的C可以不是简单曲线.,.,29,关于定理的说明:,(1)如果曲线C是区域B的边界,(2)如果曲线C是区域B的边界,定理仍成立.,.,30,3复合闭路定理,.,31,设函数f(z)在多连通域D内解析,.,32,.,33,得,解析函数沿闭曲线的积分,不因闭曲线在区域内作连续变形而改变它的值.,闭路变形原理,说明:在变形过程中曲线不经过函数f(z)的不解析的点.,.,34,例1,闭路变形原理：,.,35,.,36,复合闭路定理,.,37,例2,解,依题意知,.,38,根据复合闭路定理,.,39,例3,解,圆环域的边界构成一条复合闭路,根据闭路复合定理,.,40,例4,解,由复合闭路定理有,此结论非常重要,用起来很方便,因为不必是圆,a也不必是圆的圆心,只要a在简单闭曲线内即可.,.,41,例5,解,由上例可知,.,42,定理一,由定理一可知:,解析函数在单连通域内的积分只与起点和终点有关,(如下页图),4原函数与不定积分,.,43,.,44,定理二,此定理与微积分学中的对变上限积分的求导定理完全类似.其证明也完全类似。,.,45,原函数:,原函数之间的关系:,证,证毕,推论：,.,46,不定积分的定义:,定理三,(类似于牛顿-莱布尼兹公式),说明:有了以上定理,复变函数的积分就可以用跟微积分学中类似的方法去计算.,.,47,例1,解,由牛顿-莱布尼兹公式知,.,48,例2,解,(使用了微积分学中的“凑微分”法),.,49,例3,解,此方法使用了微积分中“分部积分法”,.,50,例4,解,.,51,一、问题的提出,根据闭路变形原理知,该积分值不随闭曲线C的变化而改变,5柯西积分公式,.,52,二、柯西积分公式,定理,-柯西积分公式,或者：,.,53,证明：（不作要求，仅供参考）,.,54,上不等式表明,只要足够小,左端积分的模就可以任意小,根据闭路变形原理知,左端积分的值与R无关,所以只有在对所有的R积分值为零时才有可能.,证毕,.,55,关于柯西积分公式的说明:,(1)把函数在C内部任一点的值用它在边界上的值表示.,(2)一个解析函数在圆心处的值等于它在圆周上的平均值.,.,56,例1,解,由柯西积分公式可得,.,57,例2,解,.,58,例3,解,由柯西积分公式,.,59,定理,6高阶导数,高阶导数公式的作用:,不在于通过积分来求导,而在于通过求导来求积分.,.,60,例1,解,.,61,例2,解,.,62,根据复合闭路定理,.,63,例3,解,.,64,例4,解,.,65,一、调和函数的定义,7解析函数与调和函数的关系,.,66,二、解析函数与调和函数的关系,1.两者的关系,定理：任何在区域D内解析的函数,它的实部和虚部都是D内的调和函数.,.,67,2.共轭调和函数的定义,区域D内的解析函数的虚部为实部的共轭调和函数.,.,68,3.偏积分法,如果已知一个调和函数u,那末就可以利用柯西黎曼方程求得它的共轭调和函数v,从而构成一个解析函数u+vi.这种方法称为偏积分法.,解,例1,故u(x,y)为调和函数。,.,69,得一个解析函数,这个函数可以化为,练习：,答案,.,70,例2,解,.,71,所求解析函数为,.,72,4.不定积分法,不定积分法的实施过程:,上两式积分得：,.,73,用不定积分法求解例1中的解析函数,例3,解,.