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留數理論
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在複變函數中,留數理論是應用最廣泛的複分析理論,它的基礎是Cauchy積分公式。
目次
1留數
2留數的計算
3Cauchy留數定理
4無窮遠點的留數
5上下節
留數
設函數在有限複平面的某區域上有孤立奇點,而在的某一鄰域中解析,在該鄰域中作一簡單閉曲線,稱
為函數在處的留數(residue)。
若且唯若是可去奇點時,留數
留數的計算
假設同上,使用函數在處的洛朗展式求留數是通用方法,注意到洛朗係數
因此我們可以將函數在處作展開並關注前的係數即可計算出留數。
對於極點,尤其是階數比較小的極點,我們還有如下一系列方法可用:
設為的階極點,那麼留數有如下計算方法
特別地,一階極點的留數
二階極點的留數
此外,如果為的一階極點,那麼
Cauchy留數定理
設函數在除去有限個奇點的某單或復連通區域內解析,邊界上連續,則
特別地,沒有奇點時上述定理就是Cauchy積分定理,有單奇點時就是Cauchy積分公式。
上式告訴我們計算某(復)周線上的積分,歸結於計算該周線內部包圍的奇點的留數。
因此,我們一旦把握的解析區域中各奇點的留數,就可以計算解析區域中任意路徑的積分了。
無窮遠點的留數
設有在擴充複平面或其無界區域上的函數,且無窮遠點是的孤立奇點,那麼可以定義在無窮遠點的留數
其中,簡單閉曲線定義在無窮的鄰域(充分大以使區域中再無的其它奇點)內,的方向是順時針方向,這是閉曲線圍成的包含無窮遠點在內的區域的正向。
對於無窮留數,它的計算可以通過洛朗係數
也可以做變量替換,這樣就化為了新函數在處的留數計算問題。
可以證明,若設在擴充複平面上有有限個孤立奇點以及無窮奇點,那麼
這也就是說,無窮處的留數的相反數就是所有有限孤立奇點的留數之和。
有時候計算某個周線所圍成的區域的內部有較多的孤立奇點,而該區域的外部只有無窮奇點或較少的有限孤立奇點,則可以使用計算無窮留數的策略。
上下節
上一節:解析函數的孤立奇點/無窮遠點
下一節:留數的應用
單複變函數論(學科代碼:1104120,GB/T13745—2009)
複數理論
複平面▪複數列▪棣莫弗公式▪復球面▪歐拉公式▪復幾何
複變函數以及微分理論
複變函數的極限▪複變函數的連續性▪複變函數的導數▪解析函數▪復指數函數▪復三角函數▪復雙曲函數▪復指數系函數的幾何形態▪多值函數▪輻角函數▪複對數函數▪復根式函數▪復冪以及一般冪函數▪復反三角函數
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