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文档简介
1、梁昆淼 编,(第四版),高等教育出版社,主讲:冯 杰,第二章 复变函数的积分,2.2 柯西定理,2.3 不定积分,2.4 柯西公式,2.1 复变函数积分,第一篇 复变函数论,第二章 复变函数的积分,2.1 复变函数积分,一、复数积分的基本概念,对复变函 数求之和,记,1、复函数积分的定义,其中,将复变函数的实部和虚部分开,2、复函数积分的性质,6条性质与实函数的积分相同P23,解,路径(1),OB上:y=0; BA上:x=1,路径(2),由此可见,对于有些被积函数,积分与路径有关!,OC上:x=0; CA上:y=1,例2:计算积分,分别沿路径(1)和(2),如图所示。,解,路径(1),路径(2
2、),由此可见,对于有些被积函数,积分与路径无关!,OB上:y=0,BA上:x=2,2.2 柯西定理,一、单连通区域,1、单通区域柯西定理,证明:,如果函数 f ( z )在闭单连通区域 B上解析,则沿B上任一分段光滑闭合曲线 l(可以是边界),则有:,由C.R.条件,得:,证毕,由格林公式 (查高等数学曲线积分与曲面积分的关系),令:,请同学们动手做这一步。,推论:单连通区域中解析函数 f ( z ) 的积分值与路经无关。,证明:,即:解析函数 f ( z ) 的积分值与路经无关。,亦即:,所以:,即:,二、复连通区域,函数在区域上不可导,存在奇点; 将这些点挖掉所形成的带空区域;, l 为区
3、域外境界线; li为区域内境界线; 积分沿境界线正方向进行; 正方向:沿该方向前进,区域在其左边;,1、复连通区域的含义,2、复通区域柯西定理:如果 f ( z )在闭复连通区域 上是单值的解析函数,则有,证明复通区域柯西定理,证:,将复连通区域:l + l1 + l2 进行切割变成 单连通区域: l + AB+l1 +BA+CD+ l2+DC ;,对单连通区域: l + AB+l1 +BA+CD+ l2+DC; 应用单通区域柯西定理,可得:,其中,内、外境界线逆时针积分相等!,考察积分路径的方向,逆时针,顺时针,逆时针,逆时针,3、柯西定理的数学意义:,闭复连通区域上的解析函数沿境界线积分为
4、零;,闭复连通区域上的解析函数沿所有内、外境界线 正方向积分之和为零;,闭复连通区域上的解析函数沿外境界线逆时针 方向积分等于沿所有内境界线逆时针方向积分之和;,2.3 不定积分,1、单连通区域的不定积分,单连通区域中解析函数 f(z) 的积分值与路经 无关,令z0固定,终点 z 为变点,有单值函数:,A,B,l2,l1,且:,即,F(z) 是f (z)的原函数。,2、证明:,即,如图,有:,另一方面,有恒等式:,即:,运用极 限方法:,即,F(z) 是f(z)的原函数,两式 相减:,得:,且:,2、路积分等于原函 数F(z)的改变量,即,F(z) 是f(z) 的原函数,证明:,即:,证毕。,
5、例:计算积分:,(n 为整数),解:n 0 被积函数解析。,(1)如果l 不包围,被积函数解析,,则有:,(2)如果l 包围,但是n 0,被积函数亦解析,,则亦有:,为什么?,为什么?,l,C,R,(3)如果 l 包围, 而且n 0 , z= 为(z- )n 奇点,函数在该点不解 析,作小圆C,则有:,则积分:,为什么?,l,C,R,例:计算积分,结论:,l 是圆周,( l不包围),( l包围),解:,有两个 奇点,因此,,因为l 1 不包围-1,所以, 在l 1 内解析,(1)首先求沿l 1 的积分。,是因为l 1 包围+1, 非解析!,最后得l 1的路径积分:,因此,,但是 ,为什么?,(
6、2)因为l 2 不包围+1, 被积函数,解析,即, l 2的路径积分得:,最后得l 的路径积分:,2.4 柯西公式,1、柯西积分公式,如果f(z) 在闭单通区域上解析,l 是闭区域的境界线, 是闭区域 内任一点,则有柯西积分公式:,2、柯西积分公式的证明,由,取小圆 C包围 ,则有恒等式:,取小圆 C ,有,有 等式,l,l,C,考察柯西积分公式,即证明 f(z) = f( ) 即可!,f (z) 在闭单通区域上连续, 0, f (z) f ( ),有,得证!,最后,柯西公式可表式为:,f (z) 在闭单通区域上连续, 0, f (z) f ( ),有,3、f (z)在l区域上有奇点,挖去 奇点形成复通区域,柯西公式,l 为所有境界线, 方向为正方向!,4、柯西积分公式的数学意义:一个解析函数f (z)在 区域B内的值由它在该区域边界上的值f()所确定:,对于复通区域,类推有:,逆时针,顺时针,5、推论求导的柯西公式P30,一个非常有用的公式:,解:,奇点为 z=0, z=i, z=-i,,在l内只有 z=i,为什么?,例2:计算:,l为圆,n 0,n =1,n 1P30式(2. 4. 7),解:,5、数模定理 复变函数的极值定理,设函数 f (z)在某个闭区域
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