1. Определение. Предел последовательности этих сумм при , если он существует, не зависит ни от способа разбиения кривой на дуги, ни от выбора точек tk, называется интегралом от функции w = f (z) по кривой L и обозначается
.
Контурный интеграл – это комплексное число.
Правило вычисления контурного интеграла:
1. Выделяем в подинтегральной функции действительную и мнимую части, т. е. представляем в виде f(z) = u(x,y) + i v(x,y);
2. Запишем dz = dx + i dy;
3. Составляем произведение f(z) на dz
f(z)dz = (u + iv)(dx +idy) = (udx – vdy) +i(vdx+udy;
4. Вычисляем интеграл вдоль L
Замечания:
1. Если кривая L – есть окружность или часть ее - уравнение этой окружности и функция f(z) непрерывна в каждой точке L, то переменная интегрирования z записывается в показательной форме:
z = R eiφ; dz = Reiφidφ
2. Если x = x(t), y = y(t),где - параметрические уравнения кривей L,
то z = x(t) + iy(t) называют комплексно – параметрическим уравнением
28). Найти: где L – ломаная ;
29). Найти:
30). Найти где L – отрезок FB:
31). Найти , от т. до т. +1
32). Найти:
2. Формула Ньютона –Лейбница
,
где f(z) – аналитическая функция в области D, а z и z0 есть соответственно начальная и конечная точка пути интегрирования L.
Вычислить
33). 34). , 35). , 36). , 37). .
Теорема Коши для односвязной области
Если функция w = f (z) - аналитическая в односвязной области D и на ее границе L, то, интеграл от f (z) по L равен нулю:
.
Если функция w = f (z) - аналитическая в многосвязной области D и на ее границе Г = L0 + L1 +…+ Ln, то справедливо равенство
- где L0 – внешний контур; здесь все контуры обходятся в одном направлении.
Интегральная формула Коши
Пусть w = f (z) аналитична в области D и на ее границе L, тогда для каждой точки имеет место формула
. При этом функция имеет всюду в производные любого порядка, для которых справедливы формулы
Из этих формул можно выразить интегралы:
- интеграл Коши
Следствие:
Вычислить следующие интегралы, пользуясь теоремой Коши, интегральной формулой Коши и формулами, полученными из интегральной формулы Коши дифференцированием.
Направление вдоль контура в этих задачах – против часовой стрелки.
38). , где - окружность: а) ; б) .
39). , где .
40). , где а) ; б) .
41). , где а) ; б) .
42). , где .
43). , где .
44). , где а) : б) .
45). , где а) ; б) .
46). , где а) ; б) .
Y. Особые точки. Вычеты.
Особые точки.
Точка называется особой точкой функции , если функция не аналитична в этой точке; и правильной, если в ней функция аналитична.
Особая точка функции называется изолированной, если в окрестности этой точки функция не имеет других особых точек
Если - изолированная особая точка функции , то в достаточно малом круге с выколотым центром функция будет аналитической и, следовательно, разлагается в ряд Лорана:
.
Изолированные особые точки бывают трех типов:
1) устранимые; 2) полюсы; 3) существенно особые точки.
Тип особых точек определяется либо по количеству членов в главной части ряда Лорана, либо по поведению функции в окрестности особой точки (см. таблицу 1).
Вычеты
Определение: Вычетом функции относительно точки называется число, определяемое равенством:
или ,
где любой замкнутый контур, содержащий ; аналитическая на и в области, ограниченной , за исключением точки ; - первый коэффициент главной части ряда Лорана для функции в окрестности точки .
Формулы для вычетов относительно особых точек даны в таблице 1.
Таблица 1: Классификация особых точек и нахождение вычетов.
№ | Особые точки | Ряд Лорана с главной частью | Поведение в точке | Формулы для нахождения вычетов |
1. | Устранимая | Нет главной части. | ||
2. | Простой полюс | В главной части одно слагаемое: | 1) 2) | |
3. | Полюс кратности | В главной части слагаемых: . | ||
4. | Существенно - особая | В главной части бесконечно много слагаемых | Не вуществует (неопределен - – ность) | Разложить в ряд Лорана, |
Теоремы о вычетах.
Теорема 1. Если функция аналитична в области , за исключением изолированных особых точек , лежащих в этой области, то для любого простого замкнутого контура , охватывающего точки , .
Теорема 2. Если аналитическая во всей комплексной плоскости, за исключением изолированных особых точек и , то
.
47). Найти особые точки и указать их характер (для полюсов определить их порядок)
а) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; е) ;
48). Найти вычеты функций в их особых точках.
а) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; е) ;
49). Найти ; если а) ; б) ; в) ;
50). Найти , где ;
51). Вычислить , где .
52). Найти , где .
53). Вычислить интеграл , где
54). Найти , где ;
55). Найти , где ;
56). Найти , если а) ; б) ; в) ;
57). Вычислить , где
58). Найти , где
Вопросы по теме:
1. Комплексные числа. Действия с ними. Формы записи комплексных чисел.
2. Понятие области (определение, ограниченная область, граница области, многосвязные области)
3. Функция комплексного переменного (определение, область определения, область значения, предел и непрерывность)
4. Дифференцирование ФКП(понятие производной, понятие дифференциала, понятие аналитической функции, условие Эйлера – Даламбера)
5. Элементарные функции и их свойства*: степенная, показательная, логарифмическая тригонометрические, гиперболические, обобщенные степенная и показательная)
6. Интеграл от ФКП и его свойства. Вычисление контурного интеграла*
7. Теорема Коши для односвязной* и многосвязной области*
8. Независимость интеграла от формы пути интегрирования*
9. Понятие первообразной и неопределенного интеграла от ФКП. Формула Ньютона –Лейбница*
10. Интеграл Коши, интегральная формула Коши
11. Ряды Тейлора, Маклорена и Лорана.*
12. Нули аналитической функции*
13. Классификация особых точек (типы изолированных точек: устранимая, полюс, существенно- особая)*
14. Понятие вычета. Основная теорема о вычетах*
15. Вычет относительно полюса*
16. Применение вычетов (практика)
Знать все определения и основные понятия по теме. Уметь вычислять интегралы
Тема 6: Операционные исчисления
Литература:
1.Браславская Н. Б. «Операционные исчисления»
2. Пискунов «Дифференциальные и интегральные исчисления», т 2