Типовые задачи c решениями
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
40. Найти особые точки функции |
f (z) = |
|
|
|
|
z |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
(z3 +1)(z -1)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
z = −1, z = |
1 |
|
(1± i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Ответ: |
3) — полюсы 1 порядка, z =1— полюс 2 порядка, z = 0 — существенно |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
особая точка. |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
41. Найти особые точки функции |
f (z) = |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
(z - p)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ответ: |
z = π — полюс 1 порядка, z = ∞ –существенно особая точка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
42. |
Найти особые точки функции |
|
f (z) = |
|
|
ez -1 |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
(z2 +1)(z2 -1)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
Ответ: |
Простые полюсы в точках ±i, полюсы 2 порядка в точках ±1, z = ∞ –существенная особая точка. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ sin z ö |
|
|
z + 3z3 |
|
|
|
|
ez |
|
||||||||
43. |
Определить характер точки z = 0 для функций: а) expç |
|
|
|
|
÷ , б) |
|
|
|
|
, в) |
|
|
|
|
, |
||||||||||||||||||||||||||||
|
z |
|
ln(1- 2z) |
|
|
|
z3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
ø |
|
|
|
sin z - z + |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin 2z |
|
|
|
|
æ |
|
1 |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|||||||
|
|
z |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
г) (e |
|
-1- z)ctg |
z , д) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, е) |
expç |
|
|
÷ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos z -1+ |
z2 |
|
|
|
è z2 |
- z |
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ответ: |
а) правильная точка; б) правильная точка; в) полюс 5 порядка; г) простой полюс; д) полюс 3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
порядка; е) существенно особая точка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ 1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ö |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
eiz |
|
|
expç |
|
|
÷ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
44. Найти особые точки функций и указать на характер: а) |
|
, б) |
|
, в) |
è z +1ø |
, |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
z3 |
+1 |
z3 |
|
(z |
+1)3 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
sin z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
г) |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
z2 (z2 +1)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
а) z = −1, z = |
|
1 |
(1± i |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ответ: |
|
3) — полюсы 1 порядка (простые полюсы), z = ∞ — нуль 3 порядка, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) z = 0 — полюс 3 порядка, z = ∞ –существенно особая точка; в) z = −1— существенно особая точка, z = ∞ — нуль 3 порядка; г) z = 0 –простой полюс, ±2i — полюсы 2 порядка, z = ∞ –существенно особая
точка; |
|
|
|
|
|
|
|
|
45. Найти особые точки функций и указать их характер: а) |
z4 |
+1 |
, б) |
z cos |
1 |
- z , в) z3 sin |
1 |
- z2 . |
|
z4 |
-1 |
|
|
z |
z |
|
|
Ответ: а) ±1,±i — простые полюсы, ∞ — правильная точка; б) |
z = 0 — существенно особая точка, |
|||||||
z = ∞ — простой нуль; в) z = 0 — существенно особая точка, z = ∞ — правильная точка. |
|
|
46. Для функции f (z) найти особые точки, выяснить их характер, и исследовать поведение функции в
окрестности бесконечно удаленной точки: а) f (z) = |
1 |
, б) |
|
z - z3 |
|||
|
|
f (z) = |
|
|
z4 |
, в) f (z) = |
z5 |
, |
|
1 |
+ z4 |
(1- z)3 |
|||||
|
|
|
г) f (z) = |
1+ z2 |
, д) f (z) = e |
− |
1 |
|
f (z) = |
sin z |
|
|
|
|
|
||||||
2 |
, е) |
. |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ez |
|
4z + 3 |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ответ: |
а) |
0 |
и ±1 — простые |
полюсы, |
z = ∞ –простой нуль (правильная точка); б) |
|
2 |
|
(1± i) , |
|||||||||
2 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
(-1± i) |
|
|||||||||||||
|
|
2 |
— простые полюсы, z = ∞ — правильная точка; в) 1 — полюс 3 порядка, ∞ — полюс 2 |
|||||||||||||||
2 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
порядка; |
г) |
z = ∞ — |
существенно |
|
|
|
особая точка; д) |
z = 0 – |
существенно |
особая точка, z = ∞ — |
|||||||||||||||||||
правильная точка; е) —0,75 — простой полюс, z = ∞ — существенно особая точка. |
|||||||||||||||||||||||||||||
47. Найти полюсы функции f (z) = |
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
(z2 -1)(z2 +1)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Ответ: ±1 — полюс 1 порядка, ±i — полюсы 2 порядка. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
48. Найти особые точки функций: а) |
|
|
|
|
z |
|
, б) sin |
1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
z2 +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ответ: а) z = ±i простые полюсы, б) |
|
z = 0 — существенно особая точка. |
|
||||||||||||||||||||||||||
49. Найти |
особые точки |
функций, |
выяснить |
их |
характер и |
исследовать |
поведение функции на |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
e |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
z |
1 |
|
|
|||||
бесконечности: а) |
|
|
, б) |
|
|
|
|
, в) ze− z |
, г) |
ze |
|
|
, д) e |
|
, е) ez− |
|
. |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
z |
1−z |
z |
|
||||||||||||||||||||
z(z2 |
+ 4)2 |
z2 +1 |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Ответ: |
а) |
z = 0 — полюс 1 порядка, z = ±2i — полюсы 2 порядка, z = ∞ –правильная точка (нуль 5 |
порядка); б) z = ±i — полюсы 1 порядка, z = ∞ — существенно особая точка; в) z = ∞ — существенно особая точка; г) z = 0 — существенно особая точка, z = ∞ — полюс 1 порядка; д) z =1–существенно особая точка, z = ∞ — правильная точка, е) z = 0 — существенно особая точка, z = ∞ — существенно особая точка.
50. Найти особые точки функций, выяснить их характер и исследовать поведение функций на
бесконечности: а) |
cos z |
, б) sin |
1 |
, в) sin |
1 |
+ |
1 |
, г) e−z cos |
1 |
. |
||
|
1- z |
|
|
|
||||||||
|
|
z2 |
|
z |
z2 |
|
z |
|||||
Ответ: |
а) z = 0 –полюс 2 порядка, z = ∞ — существенно особая точка; б) z =1— существенно особая |
|||||||||||
точка, |
z = ∞ — правильная точка (нуль 1 порядка), |
в) z = 0 — существенно особая точка, z = ∞ — |
||||||||||
правильная точка (нуль 1 порядка); |
г) z = 0 — существенно особая точка, z = ∞ – существенно особая |
|||||||||||
точка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2.Вычеты функций
Вычетом функции |
f (z) |
относительно особой точки |
z0 называется коэффициент a−1 при |
||||||||||||||
(z - z0 )−1 в разложении в ряд Лорана |
f (z) в окрестности z0 . Коэффициент a−1 ¹ 0 |
только в том случае, |
|||||||||||||||
когда z0 — полюс или существенно особая точка. Обозначается вычет Resf (z0 ) |
или |
Res f (z) . |
|||||||||||||||
|
|
функции f (z) , |
|
|
|
|
|
|
|
z0 |
|||||||
Вычет |
соответствующий полюсу, можно вычислить проще, не пользуясь |
||||||||||||||||
разложением |
функции |
в |
ряд |
|
Лорана. В |
случае |
простого |
полюса |
z = z0 функции |
||||||||
f (z) вычет Resf (z0 ) = lim |
f (z)(z - z0 ) . |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
z→z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
В частности, если |
f (z) = |
g(z) |
, |
причем g(z) и ϕ(z) |
— аналитические функции в окрестности точки |
||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
j(z) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
z0 и g(z0 ) ¹ 0 , а для ϕ(z) точка z0 |
|
есть нуль первого порядка (для f (z) |
же точка |
z0 есть полюс |
|||||||||||||
первого порядка), то Res |
g(z) |
= |
g(z0 ) |
. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
z0 |
|
j(z) |
j¢(z0 ) |
|
|
|
|
|
||||||
Если же точка z0 для функции |
f (z) является полюсом порядка т, то |
|
|
|
|||||||||||||
Resf (z0 ) = |
|
1 |
lim |
d m−1 |
[f (z)(z - z0 )m ] |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
(m -1)! z→z0 |
dzm−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
51. Вычислить вычеты следующих функций относительно точек z0 : |
а) |
z3 +1 |
, z0 |
= 3, z0 |
= -2 , |
|||||||||||||||||
(z + 2)2 (z - 3) |
||||||||||||||||||||||
|
cos z |
, z |
|
= 0 , в) tgz, z |
|
= p |
|
1 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
0 |
0 |
, |
г) e |
z+ |
2 |
, z |
0 |
= -2 , д) sin |
|
, z |
0 |
=1. |
|
|
|
|
|||||
z3 (z + 4) |
z -1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: а) 28/25, —53/25, z = 3 — является полюсом 1 порядка, z = –2 — полюс 2 порядка; б) —7/64, z =
0 является полюсом 3 порядка; |
в) |
—1, |
z = p |
является простым полюсом; г) 1; д) 4, z = 1 является |
|||||||||||||||||
существенно особой точкой. |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
52. Вычислить вычеты следующих функций относительно особых точек: |
|||||||||||||||||||||
|
|
z |
2 |
+ z -1 |
|
e |
z |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|||
а) |
|
|
|
, б) |
|
|
, в) |
|
, |
г) |
z3 cos |
|
, д) ez+ |
|
. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
z |
||||||||||||||
|
|
z2 (z -1) |
z2 (z2 + 9) |
|
sin z |
|
|
|
z - 2 |
|
|
|
|||||||||
Ответ: |
а) 0 и 1, z = 0 является полюсом 2 |
порядка, а z = 1 — простым полюсом; б) 1/9, |
|||||||||||||||||||
- |
1 |
|
|
(sin 3mi cos3) , |
1 |
|
æ |
æ p |
|
|
öö |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
expç± iç |
+ 3 |
÷÷ , z = 0 является полюсом 2 порядка, а z = ±3i — простыми |
||||||||||||||
54 |
|
54 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
è |
è 2 |
|
|
øø |
|
|
|
|
|
|
полюсами; |
в) (-1)k , k = ±1,±2,...; г) |
–143/24, |
z = 2 — является существенно особой точкой; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∞ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
д) 1+ å |
|
|
|
|
|
|
|
, z = 0 — существенно особая точка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1)! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
n=1 n!(n + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
53. |
Найти вычеты функции |
f (z) = |
|
|
ez |
в ее конечных особых точках и в бесконечно удаленной |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
z(z -1)2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
точке. |
|
z = 0, |
|
z = 1 — является полюсами 1 и 2 порядков, |
|
|
Resf (0) = 1, Resf (1) = 0 , Resf (∞) = −1. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
Ответ: |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
54. |
Найти вычеты функции |
f (z) = |
|
ez |
|
в точках z |
= -1, z |
|
|
= ¥ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+ z |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ответ: |
|
, |
–1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
55. Найти вычеты следующих функций в указанных точках: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
а) |
|
|
1 |
|
|
|
|
, z |
0 |
= 0 , б) |
|
1 |
, z |
0 |
= 0, z |
0 |
= ±1, в) |
|
z2 |
, z |
0 |
= ±i , г) ez ln |
z - a |
, z |
0 |
= ¥ . |
||||||||||||||
1 |
- cos z |
z3 |
- z5 |
(z2 |
+1)2 |
z -b |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Ответ: |
|
а) z = 0 – полюс 2 порядка, Resf (0) = 0 , б) Resf (0) = 1, Resf (±1) = - |
1 |
, |
в) m |
i |
, г) eα - eβ . |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
4 |
|
56. Найти вычеты указанных функций относительно всех изолированных особых точках и относительно
бесконечно удаленной точки: |
а) |
|
|
|
1 |
|
, б) |
sin 2z |
, в) ctg2 z , |
г) ctg3z , д) cos |
1 |
, |
||||||||||||
z(1 |
- z2 ) |
(z +1)3 |
z - 2 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
1 |
|
z |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
||
е) sin z ×sin |
, ж) sin |
, з) |
|
|
|
|
, и) |
|
|
z |
|
|
|
|
||||||||||
z |
z +1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
sin |
|
|
sin |
z |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: а) Resf (0) = 1, Resf (±1) = - |
1 |
, б) |
Resf (−1) = 2sin 2 , Resf (∞) |
|||||||||||
2 |
||||||||||||||
|
|
|
г) Resf (kπ) = −1, |
|
|
Resf (2) = 0 , |
||||||||
= 0, ±1, ±2,. ..; |
k = 0, |
±1,±2,..,; д) |
||||||||||||
Resf (∞) = 0 , ж) |
Resf (−1) = − cos1, |
Resf (∞) = − cos1, |
æ 1 |
ö |
||||||||||
з) Resf ç |
|
÷ |
||||||||||||
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è kp ø |
|||
|
2 |
∞ |
(-1) |
k |
|
|
|
|
|
|
||||
Resf (¥) = |
å |
|
= - |
1 |
, и) Resf (k 2p2 ) = (-1)k 2k2p2 , k = 1,2, . . . |
|||||||||
2 |
2 |
|
|
|||||||||||
|
p k =1 |
k |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
= −2sin 2 ; |
в) |
Resf (kπ) = 0 , k |
||
Resf (∞) = 0 ; |
е) Resf (0) = 0 , |
|||
= (-1)k+1 |
|
1 |
, k = 0, ±1,±2,…, |
|
k 2p2 |
||||
|
|
4.Применение вычетов к вычислению интегралов
4.1.Вычисление интегралов на основе теоремы Коши
Одним из важнейших применений теории вычетов является вычисление интегралов от однозначных функций по замкнутым кривым в предположении, что в некоторой области, содержащей контур интегрирования, не заключается других особых точек, кроме изолированных особых точек однозначного характера. При этом весьма полезной является теорема Коши: если функция f (z)
непрерывна в замкнутой области D и аналитична в области D всюду за исключением конечного числа изолированных особых точек z1, z2 ,..., zn , то интеграл от функции f (z) по контуру Г области D при
обходе контура в положительном направлении (область остается слева) равен произведению 2πi на сумму вычетов функции f (z) в этих особых точках:
n
ò f (z)dz = 2piåRes f (zk ) .
Γk=1
Это основная теорема о вычетах.
Еще одна теорема имеет применение при вычислении интегралов.
Теорема. Если f (z) имеет конечное число особых точек z1, z2 ,..., zn на плоскости z , то сумма всех ее вычетов, включая вычет в бесконечно удаленной точке, равна нулю:
n
åRes f (zk ) + Res f (¥) = 0.
k =1
Тогда, если контур Г охватывает все конечные особые точки, а вне его оказывается только одна
бесконечно удаленная точка, то |
|
|
ò f (z)dz = -2piResf (¥) . Если же в контур Г попадает некоторое |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Γ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
большое количество m особых точек, а несколько оставшихся n-m |
|
и бесконечно удаленная точка лежат |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
вне контура Г, то интеграл удобнее вычислять не по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ò f (z)dz =åRes f (zk ) , |
а по |
|
|
формуле ò f (z)dz = - åRes f (zk ) + Res f (¥) , |
где |
вычислений |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Γ |
|
|
|
|
|
|
|
|
k=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Γ |
|
k =m+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
меньше. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
57. Вычислить с помощью вычетов следующие интегралы по замкнутому контуру: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
а) ò |
|
ez |
|
|
|
dz , б) ò |
|
|
|
dz |
|
|
, в) ò |
|
|
|
dz |
|
|
, где С — окружность |
x |
2 |
+ y |
2 |
= 2x , г) ò sin |
1 |
dz . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
z |
|
|
|
|
|
z |
3 |
+ 4z |
|
z |
4 |
+ |
1 |
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
z |
|
=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=3 |
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Ответ: а) 2πi , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z = ±2i — полюсы 1 порядка. Они лежат внутри круга |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
б) Решение. Особые |
|
точки z= 0 |
|
и |
|
|
|
z |
|
= 3. По |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
формуле |
|
Resf (zk ) = |
|
|
1 |
|
|
lim |
|
d m−1 |
[f (z)(z - zk )m ] |
находим |
|
|
Resf (2i) = lim |
|
1 |
|
|
|
|
= - |
1 |
, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(m -1)! z→zk dzm−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z→2i z(z + 2i) |
8 |
|
||||||||||||||||||||||
Resf (-2i) = lim |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
= - |
1 |
|
, |
|
Resf (0) = lim |
1 |
= |
1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
z(z - 2i) |
|
|
|
|
z2 + 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z→−2i |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z→0 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Интеграл равен сумме вычетов, умноженной на 2πi : |
æ |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2piç |
- |
|
|
- |
|
|
|
+ |
|
÷ = 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
8 |
8 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ответ: 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pi , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
в) - |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
= r . Разложим в ряд Лорана |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
г) Решение. z= 0 — существенно особая точка. Она лежит в круге |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
sin |
1 |
|
= |
|
1 |
- |
1 |
|
+ |
|
1 |
|
-... Поэтому Resf (0) = 1и интеграл равен |
2πi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
3!z3 |
|
|
5!z5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 2πi .
58. Вычислить интегралы с помощью вычетов: а) |
ò |
|
|
|
z2dz |
|
, б) |
|
ò |
|
|
|
zdz |
. |
||||||||||||||
(z |
2 |
+1)(z - |
2) |
|
|
(z |
-i)(z -3) |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=3 |
|
|
z |
|
=2 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Ответ: а) Решение. Полюсы i, -i, 2 лежат внутри круга. Вычислим вычеты: |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Resf (i) = lim(z - i) f (z) = |
1 |
|
, |
Resf (-i) = - |
|
1 |
|
|
, Resf (2) = |
|
4 |
. |
|
|
|
|
||||||||||||
z→i |
|
2i(2 -i) |
|
|
|
|
|
|
|
|
2i(2 + i) |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|||||||
æ |
1 |
|
|
1 |
|
4 |
|
ö |
|
|
|
|
10 + 5i -10 + 5i |
|
|
+ 40i |
|
|
||||||||||
Тогда интеграл равен 2piç |
|
- |
+ |
|
÷ |
|
= 2pi |
|
|
= 2pi |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ç |
2i(2 -i) 2i(2 + i) 5 |
÷ |
|
|
|
|
|
|
2i(4 +1)5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
è |
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычислим тот же интеграл с помощью вычета в бесконечно удаленной точке. Представим функцию в
виде
|
f (z) = |
|
|
|
|
|
|
|
z2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 æ |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
öæ |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
ö |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
ç1- |
|
|
|
|
|
|
+...֍1 |
+ |
|
|
+...÷ |
= |
|
|
|
+... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
æ |
|
|
|
1 öæ |
|
|
|
2 |
ö |
|
|
|
|
|
z2 |
|
z |
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
3 |
|
|
+ |
|
- |
|
|
|
|
z è |
|
|
|
|
|
|
|
|
øè |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç1 |
|
|
|
֍1 |
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z2 |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
øè |
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Тогда Resf (∞) = −1 и интеграл равен 2πi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ответ: 2πi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
б) |
|
2p |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
3- i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
59. Найти интеграл |
ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, если: а) |
|
C : |
|
z |
|
=1, |
|
б) |
C : |
|
z |
|
= 3 , в) C : |
|
z |
|
= 5 . |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
z(z + 2)(z + |
4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Ответ: а) |
pi , б) - pi |
, в) 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
60. Вычислить интеграл |
ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z20dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(2z |
3 |
+1) |
2 |
(z |
4 |
-1) |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zk |
|
= 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
= 2 . Вычисление вычетов в этих точках |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Решение. Все особые точки |
|
1, 3 - 0,5 |
|
|
лежат в круге |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
довольно |
|
затруднительно, |
|
поэтому |
|
воспользуемся |
|
|
формулой |
|
I = 2piåRes f (zk ) = -2piRes f(¥) . |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k =1 |
|
|
|
|
||||
Представим функцию в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
æ |
|
|
|
|
|
1 |
ö |
2 |
|
|
|
12 æ |
|
|
|
|
|
1 |
ö |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4z |
|
ç1+ |
|
|
|
|
|
÷ z |
|
|
ç1 |
- |
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
2z3 ø |
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
z2 æ |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
ö2 æ |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 ö3 |
|
|
z2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
ç1 |
- |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
-...÷ ç1 |
+ |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
÷ |
= |
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
+... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
2z3 |
4z6 |
z4 |
|
z8 |
4 |
|
4z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 è |
|
|
|
|
|
|
|
ø è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тогда Resf (¥) = |
|
1 |
|
и интеграл равен - 2πiResf (¥) = - pi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ответ: - pi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
61. Вычислить интегралы с помощью вычетов: а) |
|
|
|
ò |
|
|
|
(z3 +1)dz |
|
|
, б) |
ò |
|
|
cos zdz |
, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
(z + 2) |
2 |
(z - |
3) |
|
|
z |
3 |
(z + 4) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=4 |
|
|
z |
|
=1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
в) ò |
z3 cos |
|
|
|
|
dz , |
г) |
|
|
|
òez+ z dz . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
z |
- 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
z |
|
=3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7pi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
143pi |
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
∞ |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Ответ: |
а) − 2πi , б) - |
, в) - |
, г) 2piç1 |
+ |
å |
|
|
|
|
|
|
|
÷ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
n!(n +1)! |
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
n=1 |
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
62. Используя вычет в бесконечности, вычислить интегралы: а) |
ò |
|
dz |
, б) ò |
z5 |
+ z3 |
dz , |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
z |
15 |
+1 |
z |
4 |
+1 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=2 |
|
|
z |
|
=1,1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z3e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
в) ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz , г) |
|
ò |
|
|
z |
|
|
dz . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
z(z +1) |
2 |
(z |
+ 2)(z + 4) |
|
(z |
2 |
+ 4) |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
z |
|
=3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
=3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Ответ: |
а) 0; |
б) |
2πi , в) |
pi |
sin |
|
1 |
|
, г) |
− 2πi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
36 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
63. Вычислить интеграл по замкнутому контуру при положительном направлении обхода: |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
ò |
|
|
|
|
|
|
|
z3 |
|
|
dz . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
z |
|
|
|
|
z4 |
+ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
=1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ответ: 2πi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
64. Вычислить интегралы: а) |
ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zdz |
|
|
|
|
, б) |
ò |
|
|
|
z2 |
|
dz , в) |
ò |
ctgz |
dz , |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
(z - 2) |
2 |
(z |
|
|
|
|
|
|
z |
4 |
|
|
|
4z - p |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z−2 |
|
= |
|
1 |
|
|
-1) |
|
|
z+1 |
|
=1 |
|
|
+1 |
|
|
|
|
|
z |
|
=1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
г) |
|
|
|
|
ò |
|
|
|
|
|
|
dz |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
3 |
+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
z−1−i |
|
=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
1 |
|
|
|
1 ö |
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) − 2πi , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 3 |
-i). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
Ответ: |
б) - |
|
|
|
|
|
|
pi , |
|
|
|
|
|
|
в) 2piç |
|
|
|
- |
|
|
÷ , |
г) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
p ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.2.Вычисление определенных интегралов с помощью вычетов
Некоторые определенные интегралы от функций действительного переменного удается преобразовать в интеграл по замкнутому контуру от функции комплексного переменного, что позволяет применить для вычисления этих интегралов основную теорему о вычетах. Причем часто удается достаточно просто получить ответ и в тех случаях, когда применение других методов анализа оказывается затруднительным.
|
Рассмотрим интеграл вида I = |
2òπF(cosq,sin q)dq . |
Подстановка z = eiθ , |
для |
dq = |
dz |
, |
|||||||||||
|
iz |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
(eiθ + e−iθ )= |
1 |
æ |
1 ö |
|
1 |
(eiθ - e−iθ )= |
- i æ |
|
1 |
ö |
|
|
|
|
||
cosq = |
|
|
|
ç z + |
|
÷ , |
sin q = |
|
ç z - |
|
÷ , превратит действительный интеграл |
|||||||
2 |
2 |
|
2i |
z |
||||||||||||||
|
|
è |
z ø |
|
|
2 è |
|
ø |
|
|
|
|
в комплексный. При изменении θ от 0 до 2 π комплексная переменная пробегает замкнутый контур — окружность z =1 в положительном направлении. Окончательно интеграл имеет вид:
|
1 |
ò |
æ |
1 |
|
1 ö dz |
|
|
|
|||||||||
I = |
|
|
|
Fç z + |
|
, z - |
|
÷ |
|
|
. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
i |
|
z |
|
=1 |
è |
z |
|
z ø |
z |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
65. Вычислить интеграл |
2òπ |
dq |
, a >1. |
|||||||||||||||
a + cosq |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
Решение. Положим exp(ix) = z . При изменении х от 0 до 2 π переменная z пробегает окружность
|
z |
|
=1 в положительном |
направлении. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
Выразим cos x = |
1 |
(eix + e−ix )= |
z2 +1 |
|
, dz = ieixdx = izdx , |
dx = |
dz |
. |
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
2z |
|
|
iz |
Тогда I = ò |
|
|
|
dz |
|
= |
||||
æ |
z |
2 |
+1 |
ö |
||||||
|
z |
|
=1 izç |
|
+ a÷ |
|
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
ç |
|
2z |
÷ |
|
||
|
|
|
|
è |
|
ø |
|
2 |
|
ò |
dz |
|||
|
|
|
. |
|||
i |
z2 + 2az +1 |
|||||
z |
=1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Корни знаменателя |
|
z |
= -a + |
|
|
|
a2 -1 , z |
2 |
= -a - |
|
a2 -1 — полюсы 1 порядка, |
|
z |
|
<1и |
z лежат |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|||
внутри круга |
|
z |
|
=1: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Resf (z ) = |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
= |
|
1 |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
1 |
|
z - z2 |
|
|
|
|
|
2 a2 -1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
z=z1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Интеграл равен |
2 |
|
|
2pi |
|
= |
|
2p |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
i 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
2p |
|
|
|
|
|
|
|
a2 -1 |
a2 -1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Ответ: |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
a2 -1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2π |
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dj |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
66. Найти определенные интегралы, положив eiϕ = z : |
а) |
ò |
|
|
|
|
|
, |
б) òtg(j + i)dj . |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
(5 + 4cosj) |
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||
а) Решение. Подстановка z = exp(iϕ) дает iϕ = ln z, j = |
1 |
ln z , dj = |
1 |
|
dz |
. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
i z |
|
|
|
|
|
|
Выразим cosj = 12 (eiϕ + e−iϕ )= z22+z 1 .
Теперь подынтегральная функция
|
dj |
|
|
1 |
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zdz |
|
|
|
= |
zdz |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
(5 + 4cosj)2 |
|
|
|
i |
æ |
|
2(z |
2 |
+ |
1) |
ö2 |
|
( |
|
|
2 |
+ |
5z |
+ |
2 |
)2 |
|
æ |
|
|
|
|
1 |
ö2 |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zç |
5 + |
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
i 2z |
|
|
|
|
|
|
|
|
4i(z + 2)2 |
ç z + |
|
÷ |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
|
z |
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
2 ø |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Точка |
|
z = - |
|
|
|
|
|
— |
полюс |
|
2 |
|
порядка, |
|
|
|
лежит |
внутри круга |
|
z |
|
=1 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
z |
|
ö′ |
|
|
|
|
|
|
|
- z + 2 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Resf (- |
|
) = |
|
lim |
ç |
|
|
|
|
|
÷ |
|
= lim |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
ç |
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
2 |
|
|
z→− |
è (z + 2) |
|
ø |
|
|
z→− |
(z + 2) |
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
ò |
|
|
|
zdz |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
10p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Окончательно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
4i |
|
|
|
|
|
æ |
|
|
1 |
ö2 |
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
=1 |
(z + 2)2 |
ç z + |
2 |
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
10p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ответ: |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) Решение. Здесь удобнее замена z = exp(2iϕ) . Когда ϕ изменяется от 0 до π z пробегает окружность z =1.
Выразим 2iϕ = ln z, dj = |
1 dz |
, тогда tg(j + i) = |
ei(ϕ+i) - e−i(ϕ+i) |
|
eiϕe−1 - e−iϕe |
|||
|
|
|
i(ei(ϕ+i) + e−i(ϕ+i) ) |
= |
i(eiϕe−1 + e−iϕe) |
= |
||
2i |
|
z |
|
|
|
|
z |
|
- |
|
|
e |
|
|
|
|
|
z - e2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
= |
. В нашем случае z = 0 |
|
|
и |
z = -e |
2 |
— |
простые полюсы. В круге |
|
z |
|
=1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i(z + e2 ) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
ö |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
z |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
iç |
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ç |
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
è |
|
|
|
|
|
|
z ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
dz |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||
лежит |
|
|
z = 0 Resf (0) = -1. |
Интеграл равен |
|
ò |
z - e |
|
= 2pi |
(-1) = pi . |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ответ: πi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2i |
|
|
z |
|
=1 |
z + e |
|
z |
|
|
|
2i |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
67. Вычислить интегралы: а) |
2òπ |
cos2 2x |
|
dx , б) |
2òπ |
|
cos2 2xdx |
|
, |
|
p |
|
<1, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2π |
|
|
|
cos3 3xdx |
|
|
|
|
|
|
0 5 - 4cos x |
|
|
|
|
0 1- 2 p cos x + p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
в) |
ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
p |
<1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
- 2 p cos2x + p |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 1 |
|
|
1+ p4 |
|
|
|
1- p + p2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
Ответ: а) |
|
|
17p |
, б) p |
, |
в) p |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
48 |
1+ p2 |
1- p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
68. Вычислить интегралы (n - целое, а - действительное число): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
а) |
2òπecos ϕ cos(nj -sin j)dj, б) òπ tg(x + ia)dx . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ответ:. |
|
а) |
|
|
2p |
, если n > 0; 0, если n < 0, |
б) ipsign(a) при а = 0 главное значение интеграла равно 0. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.3.Несобственные интегралы от действительной переменной
Пусть требуется найти интеграл по отрезку [a,b] от вещественной функции f (x) . Отрезок [a,b] дополняется кривой С, которая вместе с ним ограничивает некоторую область D. Функция аналитически продолжается в область, построенную таким образом. К аналитическому продолжению f (z) применяется теорема о вычетах. Если интеграл по контуру С удается вычислить или выразить через интеграл по отрезку [a,b], то это позволит найти этот последний и тем самым решить задачу.
В частности, если отрезок интегрирования бесконечный, то рассматривают семейство расширяющихся контуров интегрирования, чтобы в результате предельного перехода получить искомый интеграл по бесконечному отрезку интегрирования.
Оценку интеграла по контуру С иногда можно производить при помощи лемм Жордана. Пусть подынтегральная функция f (z) является аналитической в верхней полуплоскости за исключением
некоторых точек z1, z2 ,..., zn , не находящихся на вещественной оси.
|
Рассмотрим интеграл ò f (z)dz |
по верхней полуокружности CR , опирающийся на отрезок |
|
|
|
СR |
|
[- R, R] вещественной оси. |
|
||
1) |
Если |
М(R) есть максимум модуля |
f (z) на данной полуокружности и если R ×M (R) ® 0 при |
R ® ¥ , то |
ò f (z)dz ® 0 при R ® ¥ . |
|
|
|
|
СR |
|
2) |
Если M (R) ® 0 при R ® ¥ , то ò f (z)eimzdz ® 0при R ® ¥ (m>0). Для т< 0 в условиях леммы |
||
|
|
СR |
|
нужно заменить верхнюю полуплоскость на нижнюю и соответственно верхнюю полуокружность на нижнюю. Леммы Жордана обычно используются при вычислении несобственных интегралов.
|
∞ |
dx |
|
|
Пример 1. Вычислим интеграл |
−ò∞ |
|
|
= I |
x4 +1 |
Аналитическое продолжение подынтегральной функции в верхнюю полуплоскость, а именно функция f (z) = z41+1 , удовлетворяет всем условиям, относящимся к вычислению интегралов с помощью вычетов, и 1-й лемме Жордана. Особыми точками функции в верхней полуплоскости являются точки
æ ip |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
zk = expç |
|
(2k +1)÷ (k = 0,1) , причем обе эти точки — полюсы 1-го порядка. Поэтому |
||||||
|
||||||||
è 4 |
ø |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p 2 |
|
|
|
|||
I = 2piåRes f (zk ) = |
. |
|
|
|||||
|
|
|||||||
k =0 |
2 |
|
|
∞ cosax |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
Пример 2. Вычислить интеграл I = −ò∞ |
|
dx, a > 0, a > 0 . |
||||||
x2 + a2 |
Чтобы иметь возможность воспользоваться 2-й леммой Жордана, заметим, что в силу формулы Эйлера
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
eiαx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
I = Re I1 = Re ò |
|
|
dx . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
x2 + a2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
eiαz |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 - функция |
|
|
|||
Аналитическое продолжение подынтегральной функции интеграла |
|
|
|
, |
имеет в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
z2 + a2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
верхней |
полуплоскости |
единственную |
особую |
точку |
z1 = ia , |
являющуюся полюсом 1-го |
порядка. |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
eiαz |
|
|
ö |
|
p |
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Поэтому по основной теореме о вычетах I |
|
= 2pi ×Resç |
|
|
|
|
|
÷ |
= |
a |
e−αa и I = |
a |
e−αa . |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
ç z2 + a2 |
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
∞ |
è |
|
|
|
|
z=ia ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ò |
|
|
ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
69. Вычислить интегралы: а) |
|
|
|
, б) |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
(x2 |
+1)3 |
(x2 |
+ 4)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−∞ |
|
|
|
|
|
−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
а) Решение. Рассмотрим интеграл по контуру, состоящему из отрезка [- R, R] и дуги CR |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
dz |
|
R |
|
|
dx |
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ò |
|
|
= ò |
|
|
|
|
+ ò |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
(z |
2 |
+1) |
3 |
(x |
2 |
+ |
1) |
3 |
(z |
2 |
+1) |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
C |
|
|
−R |
|
|
|
CR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
æ |
|
|
|
(z -i)3 |
|
|
ö² |
|
1 |
|
(-3)(-4) |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
3i |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Resf (i) = |
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
z = i — полюс 3 порядка и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
= |
|
lim |
|
|
5 |
= |
|
|
5 = - |
|
|
. |
||||||||||||||||||||||
|
(3 |
|
|
|
|
|
limç |
|
|
|
|
(z + i) |
÷ |
2 |
(z + i) |
32i |
16 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-1)! z→i è |
(z -i) |
|
ø |
|
z→i |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
3i |
ö |
|
3p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тогда интеграл в левой части равен |
|
2piç |
- |
|
|
÷ = |
|
|
|
и приходим к такому равенству: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
16 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
3p |
R |
|
|
dx |
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
= ò |
|
|
|
|
|
+ ò |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
8 |
(x |
2 |
+ |
1) |
3 |
|
(z |
2 |
+1) |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
−R |
|
|
|
CR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R → ∞ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Оценим |
|
второй |
интеграл |
|
при |
|
Максимум модуля подынтегральной функции |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
f (z) обозначим |
|
M (R) . Если |
R ×M (R) ® 0, |
|
то |
ò |
f (z)dz ® 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CR |
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
3p |
|
|
|
|
|
|||
|
Тогда |
|
имеем R ×M (R) = max |
|
|
|
|
£ |
|
|
|
|
|
|
|
® 0. Окончательно |
−∞ò |
|
= |
. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(R2 -1)3 |
|
(x2 +1)3 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CR |
(z2 |
+1)3 |
|
|
|
R→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Ответ: |
|
3p |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: б) |
|
p |
. |
|
|
|
16 |
|
|
||||
|
∞ |
|
|
|||
|
|
|
sin ax |
|
||
70. Вычислить интегралы: а) ò |
dx , б) |
|||||
|
||||||
|
0 |
x |
∞ò xsin x dx .
0 x2 +1
Ответ: а) - p , |
|
б) |
|
p |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2e |
|
|
|
|
∞ x2 +1 |
|
|
|
|
|
|
∞ x4 +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
71. Вычислить интегралы: а) ò |
|
|
|
|
|
dx , б) ò |
|
|
|
dx . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x4 |
+1 |
x6 +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
а) p |
|
|
|
, б) |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Ответ: |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
72. Вычислить интегралы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
∞ xsin ax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ cos ax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
sin ax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
а) ò |
|
|
|
|
|
|
dx, a > 0 , б) ò |
|
|
|
|
|
|
|
dx, a > 0 , в) ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx, a > 0, b > 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
+ r |
2 |
|
x |
4 |
+1 |
x(x |
2 |
+ b |
2 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pear |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
− |
a |
|
æ |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
ö |
|
|
p |
|
|
(1- e−ab ) . |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, a > 0, r > |
0 , б) |
|
|
e |
|
|
|
+ sin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ответ: |
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 çcos |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ , в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2b2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|
|
è |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
xdx |
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
x2dx |
|
|
|
||||
73. Вычислить интегралы с бесконечными пределами: а) |
|
ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, б) ò |
|
|
|
|
|
|
|
, a > 0 , |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
(x |
2 |
+ 4x + |
13) |
2 |
|
(x |
2 |
+ a |
2 |
) |
2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−∞ |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
sin ax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
в) ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx, a > 0, b > 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
(x2 + a2 )(x2 |
+ b2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
−∞ |
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
p(2a + b) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Ответ: а) |
|
- |
, |
б) |
, |
в) |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2a3b(a + b)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
4a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x cos xdx |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
74. Пользуясь леммой Жордана, вычислить указанные интегралы: а) |
ò |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x2 |
- 2x +10 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
xsin xdx |
|
|
xsin xdx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
б) ò |
|
|
, в) ò |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
x2 - 2x +10 |
x2 + 4x + 20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
−∞ |
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Ответ: |
|
а) |
|
(cos1- 3sin1) , б) |
|
(3cos1+ sin1) , в) |
|
|
|
|
(2cos 2 + sin 2) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2e4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3e3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3e3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Тестирование по пройденному материалу
1. |
Вычислить |
1ò+i zdz . |
|
|
|
||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
2. |
Написать интегральную формулу Коши, выражающую значения функции f (z) в области через |
||||||
значения функции f (z) на границе L |
области. |
||||||
|
|
|
|
∞ |
n |
||
3. |
Определить радиус сходимости ряда |
å |
nz |
. |
|||
n |
|||||||
|
|
|
z + 2 |
n=1 |
2 |
|
|
4. |
Найти особые точки функции |
и определить их тип. |
|||||
z(z -1)3 |
|||||||
5. |
Что такое вычет функции? Как он обозначается? |