973 辐角原理及即应用.ppt

6.3 辐角原理及即应用,6.3.1 对数留数6.3.2 辐角原理6.3.3 儒歇定理,定义：形如,积分称为f(z)的对数残数,主要作用：推出辅角原理,提供了计算解析函数零点个数的一个有效方法.特别是,可以研究在一个指定的区域内多项式零点个数的问题,显然,函数f(z)的零点和奇点都可能是 的奇点.,6.3.1 对数留数,对数留数因此而得名,证 如a为f(z)的n级零点,则在点a的邻域内有,引理6.4(1)设a为f(z)的n级零点(极点）,(2)设b为f(z)的m级极点,必为函数 的一级极点,且,其中g(z)在点a的邻域内解析,且g(a)0.于是,(2)如b为f(z)m级极点 在点b的去心邻域内有,在点a的邻域内解析,的一级极点,且,a必为,h(z)在点b的邻域内解析,且h(b)0.,在点b解析,定理6.9 设C是一条围线,f(z)合条件:,(6.26),证 由第五章习题(二)14,可知f(z)在C内部至多只有有限个零点和极点.设ak(k=1,2,p)为f(z)在C内部的不同零点,其级数相应地为nk;bj(j=1,2,q)为f(z)在C内的不同极点,其级数相,(1)f(z)在C内部除可能有极 点外是解析的;,(2)f(z)在C上解析切不为零,则有,式中N(f,C)与P(f,C)分别表示f(z)在C内部的零点与极点的个数,称为f(z)在C内是亚纯的,(2)可改为f(z)在C上连续且不为零,特别注意几级算几个.,在C内部及C上除去在C内部有一级极点ak(k=1,2,p)及bj(j=1,2,q)均是解析的.,故由残数定理6.1,及引理6.4得,应地为mj,则根据引理(6.4)知,例 计算积分,Cargf(z)表示z沿C之正向绕行一周时argf(z)的改变量,(6.27),特别说来,如f(z)在围线C上及C之内部均解析,且f(z)在C上不为零,则,(6.28),6.3.2 辐角原理,(2)f(z)在C内是亚纯的,(3)f(z)在C上连续且不为零,(1)C是一条围线,辅角 原理,例6.21 设f(z)=(z-1)(z-2)2(z-4),C:|z|=3,试验证 辐角原理,例6.22 设n次多项式 p(z)=a0zn+a1zn-1+an=0(a0 0）,在虚轴上没有零点，证明它的全部零点在左半平面Rez0内的充要条件是:,Ri,Ri,CR,R,定理6.10(儒歇(Rouche)定理),证 由假设f(z)与 f(z)+(z)在C内部解析,且连续到C,在C上有|f(z)|0,及,6.3.3 儒歇(Rouche)定理,设C是一条围线,函数f(z)及(z)满足条件:,(1)它们在C的内部均解析,且连续到C;,(2)在C上,|f(z)|(z)|,f(z)与 f(z)+(z)在C内部有同样多的零点,即,(6.30),由关系式,(6.31),这样一来,这两个函数f(z)与 f(z)+(z)都满足定理6.9的条件.由于这两个函数在C的内部解析,于是由(6.28),下面只须证明,图6.14,根据条件(2),当z沿C变动时,将z平面上的围线C变成平面上的闭曲线,借助函数,即是说,点 不会围着原点=0 绕行.,全在圆周|-1|=1的内部.,推论1:设n次多项式 p(z)=a0zn+atzn-t+an(a00）,满足条件：|at|a0|+|at-1|+|at+1+|an|,则p(z)在单位圆|z|1内有n-t个零点,证：令f(z)=atzn-t,(z)=a0zn+at-1zn-t+1+at+1zn-t-1+an,则f(z)与(z)均在闭单位圆域|z|1上解析，而且在单位圆周|z|=1上有：,|f(z)|=|at|a0|+|at-1|+|at+1+|an|(z)|,由儒歇定里得p(z)=f(z)+(z)与f(z)在单位圆内有同样多的零点，即为n-t个,推论2:n次方程(p(z)=)a0zn+a1zn-1+an=0(a0 0）,在复数域内有且仅有n个根（几重根就算几个根）,1.首先证明存在R0，,方程在圆|z|R内恰有n个根，,证明思路,2.其次证明，对z0|z0|=R0R，均有|p(z0)|0,无根,证明,1.令，f(z)=a0zn,(z)=a1zn-1+an=0,则当|z|=R时，|(z)|a1zn-1|+|an|=|a1|Rn-1+|an-1|R+|an|(|a1|+|an-1|+|an|)Rn-1|a0|Rn=|f(z)|,取R1,限定|a1|+|an|a0|R,所以只要取,有:当|z|=R时,|f(z)|(z)|,f(z),(z)在|z|R上解析,N(f(z)+(z),C)=N(f(z),C)=n,即：N(p(z),C)=n,2.z0:|z0|=R0R，需证:|p(z0)|0,|(z0)|a1z0n-1|+|an|=|a1|R0n-1+|an-1|R0+|an|(|a1|+|an-1|+|an|)R0n-1|a0|R0n=|f(z0)|,|p(z0)|=|f(z0)+(z0)|f(z0)|-|(z0)|0,p(z0)=a0z0n+a1z0n-1+an 0,定理6.11,如函数f(z)在D内单叶解析则在D内(z)0.,证:(反证法)若有D的点z0使f(z0)0,则z0必为f(z)-f(z0)的一个n级零点(n2).由零点的孤立性,故存在0,使在圆周 C:|z-z0|=上:f(z)-f(z0)0,在C的内部,f(z)-f(z0)及f/(z)无异于z0的零点.,命m表|f(z)-f(z0)|在C上的下确界,则由儒歇定理即知,当0|-a|m时,f(z)-f(z0)-a在圆周C的内部亦恰有n个零点.但这些零点无一为多重点,理由是f/(z)在C内部除z0外无其他零点,而z0显然非f(z)-f(z0)-a的零点.,故命z1,z2,zn表f(z)-f(z0)-a在C内部的n个相异的零点.于是f(zk)=f(z0)+a(k=1,2,n).这与f(z)单叶性假设矛盾.,故在区域D内 f(z)0.,