数学物理方法-第二章-复变函数的积分课件.ppt

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1、存在且与 k 的选取无关,则这个和的极限称为函数 f(z)沿曲线 l 从 A 到 B 的路积分，记为,即,若,分量形式：f(z)=u(x,y)+i v(x,y),z=x+i y f(z)dz=(u+i v)d(x+i y)参数形式：曲线l 的参数方程 x=x(t),y=y(t),起始点 A tA,结束点 B tB,几个重要性质1.常数因子可以移到积分号之外2.函数和的积分等于各函数积分的和3.反转积分路径，积分值变号,4.全路径上的积分等于各分段上的积分之和 即：如果 l=l1+l2+ln5.积分不等式1：6.积分不等式2：其中 M 是|f(z)|在 l 上的最大值，L 是 l 的全长。,例：

2、计算积分解：,一般而言,复变函数的积分不仅与起点和终点有关,同时还与路径有关。,f(z)=Re(z)不是解析函数!,(y=0)(x=1),(x=0),(y=i),2.2 柯西（Cauchy）定理 研究积分与路径之间的关系（一）单连通域情形单连通域：在其中作任何简单闭合围线，围线内的点都是属于该区域内的点。单连通区域的Cauchy 定理：如果函数 f(z)在闭单连通区域 中单值且解析，则沿 中任何一个分段光滑的闭合曲线 l(也可以是 的边界 l0),函数的积分为零。,证明：由路径积分的定义：,因 f(z)在 上解析，因而 在 上连续。,x,y,o,l,L,沿 l 环线正向走环域在左侧,对实部虚部

3、分别应用格林公式 将回路积分化成面积分,又u、v 满足C-R条件,平面内曲线积分和二重积分之间关系,9,George Green(14 July 179331 May 1841)was a British mathematician and physicist,who wrote An Essay on the Application of Mathematical Analysis to the Theories of Electricity and Magnetism.Greens life story is remarkable in that he was almost entirel

4、y self-taught,having only had about one year of formal schooling as a child between the ages of 8 and 9.He entered Cambridge University as an Undergraduate in 1833 aged 40 and graduated in 1837.,After graduation Green stayed on at Cambridge,writing on Optics,Acoustics and Hydrodynamics.However,in 18

5、40 he became ill and returned to Nottingham where he died the following year.,推广：若 f(z)在单连通域B上解析，在闭单连通域 上连续，则沿 上任一分段光滑闭合曲线 l(也可以是 的边界)，有（二）复连通域情形如果区域内存在：(1)奇点；(2)不连续线段；(3)无定义区 为了把这些奇异部分排除在外，需要作适当的围道 l1、l2、l3 把它们分隔开来，形成带孔的区域复连通区域。,一般而言，在区域内，只要有一个简单的闭合围线其内有不属于该区域的点，这样的区域便称为复连通域 区域边界线的正向 当观察者沿着这个方向前进时，

6、区域总是在观察者的左边。,x,y,l0,o,B,l1,l2,l3,l0,复连通区域的Cauchy 定理：如果 f(z)是闭复连通区域 中的单值解析函数，则,l 为外边界线，li 为内边界线，积分沿边界线正向,证：作割线连接内外边界线,即,柯西定理总结：1.若 f(z)在单连通域B上解析，在闭单连通域 上连续，则沿 上任一分段光滑闭合曲线 l(也可以是 的边界)的积分为零；2.闭复连通区域上的单值解析函数沿所有内外境界线正方向的积分和为零；3.闭复连通区域上的单值解析函数沿外境界线逆时针方向的积分等于沿所有内境界线逆时针方向积分之和。,由Cauchy 定理可推出：在闭单连通区域或复连通区域中解析

7、的函数 f(z)，其路积分值只依赖于起点和终点，而与积分路径无关。,证明：由图可知,其中 表示C2 的反方向。由积分的基本性质可得：,只要起点和终点固定不变，当积分路径连续变形时（不跳过“孔”）时，函数的路积分值不变。,C1,C2,B,A,D,2.3 不定积分（原函数）,根据 Cauchy 定理，若函数 f(z)在单连通区域B上解析，则沿B上任一分段光滑曲线 l 的积分 只与起点和终点有关，而与路径无关。因此如果固定起点 z0 而变化终点 z,这个不定积分便定义了一个单值函数 F(z):,F(z)的性质：(1)F(z)在B上是解析的；(2)即 F(z)是 f(z)的一个原函数。,原函数不是唯一

8、的，但原函数之间仅仅相差一常数，这一常数决定于起点 z0。可以证明：,例一：计算积分解：（1）当 n-1 时，zn 的原函数是 z(n+1)/(n+1)故,（2）当 n=-1 时，z-1 的原函数是 ln(z),故,此积分与路径有关系！因z=0 是1/z的一个奇点。如被积函数有奇点，则由不定积分给出的函数可能是多值的。被积函数的奇点，可能是该函数的支点。,例二：计算积分,其中 l 是正向圆周|z|=a 0。解：显然函数 ez sin z 在复平面上处处解析，由Cauchy 定理知,故,此题若用复积分的计算公式则非常复杂。,例三（重要）：计算(n 为整数）,解：（1）如果 l 不包含 点，被积函

9、数总解析,按柯 西定理，I=0;(2)如果 l 包含 点,又要 分两种情况：(a)n 0,因被积函数解析，I=0;(b)n 0,被积函数在 l 内有 奇点。,x,y,l0,o,B,l,C,R,用半径为 R 的圆周 C 包围 点，则 l+C 构成复连通区域，因此原积分变成圆周 C上的积分，在 C 上 故:,这样,(a)n-1,(b)n=-1,总结起来有,2.4 柯西（Cauchy）公式 解析函数是一类具特殊性质的函数，特殊性表现之一是，在解析区域各处的函数值并不相互独立，而是密切相关，这种关联的表现之一就是Cauchy 积分公式。一、单连通域情形 若 f(z)在闭单通区域 上单值解析；l 为 的

10、境界线，为 内的任一点，则有Cauchy 积分公式：,证明：由（2.3.4）式,从而仅需证明,因被积函数一般以为奇点，作如图所示回路，有,对右端值作一估计,因,于是,（2.4.2）左端与无关，故必有,正向,作变量代换,对复连通区域，（2.4.3）式仍成立，只要将l 理解成所有境界线，且均取正向,将,l2,l1,二、无界区域的Cauchy积分公式如果：f(z)在 l 外部解析，且当|z|时，f(z)0(一致)，则：,注意：l 和 l 的方向不同，但都是所考虑区域的正方向（正方向是指：当沿着该方向走动时，所考虑的区域始终在左方）,z,l,三、Cauchy 积分公式的重要推论（任意次可导！）：,本章

11、基本要求：1.掌握科希定理和科希公式，理解其证明方法及关键步骤。2掌握(234)式及(235)式,作业2.4.2(本章作业免做免交）,例一、计算积分 I,其中 C 为不经过点 0 和 1 的正向曲线。解：(1)如果 0 和 1 都不在C 中，则被积函数解析，因此,由 Cauchy 定理得 I=0;(2)若仅 0 在 C 内,函数 在 C 上及 C 包围的区域解析，由 Cauchy 积分公式，得到,z=1,z=0,C(2),C(1),（3）若仅 1 在 C 内,在 C 上及 C 包围的区域解析，由Cauchy 积分公式，得到,z=1,z=0,C(3),32,33,妈妈开了个淘宝店，欢迎前来捧场

12、妈妈的淘宝点开了快半年了，主要卖的是毛绒玩具、坐垫、抱枕之类的，感觉妈妈还是很用心的，花了不少功夫，所以我也来出自己的一份力，帮忙宣传一下。并且妈妈总是去五亭龙挑最好的玩具整理、发货，质量绝对有保证。另外我家就在扬州五亭龙玩具城旁边，货源丰富，质量可靠，价格便宜。欢迎大家来逛逛【扬州五亭龙玩具总动员】,个人小广告：,而在 C0 上及C0 包围的圆内 f0(z)解析，同样在 C1 上及C1 包围的圆内 f1(z)解析，故利用Cauchy 积分公式，有上面的结果得。,(4)若 0 和 1 都在 C 内，由Cauchy 定理,z=1,z=0,C(4),35,最后，我们有：,其中 D 为曲线 C 包围的区域。,例二、用Cauchy 积分公式计算其中，复数 a0,|a|,0:解：令 则 因此（1）若|a|,在圆 内解析，由Cauchy 公式，,（2）若|a|,在圆 内解析，,奇点,38,由Cauchy公式，,39,例题：习题2.4.1,40,