西安交通大学：《复变函数》课程PPT教学课件（第四版）第八讲 孤立奇点、留数 Residue

第八讲留数

第八讲 留数

§51孤立奇点 口1.定义 2.分类 口3.性质 口4.零点与极点的关系

 1. 定义  2. 分类  3. 性质  4. 零点与极点的关系 §5.1 孤立奇点

1.定义 定义若f(x)在zo处不解析,但在z0的某个去心邻域 0<z-o<a内解析,则称z为f(x)的孤立奇点 例如∫(z)=e-z=0为孤立奇点 f∫(x)= z=1为孤立奇点 f(z SIn z=0及z=1m(m=±1,±2,)都是它的奇点

1. 定义 例如 z f z e 1 ( ) = ----z=0为孤立奇点 z f z 1 sin 1 ( ) = ----z=0及z=1/n (n = 1 , 2 ,…)都是它的奇点 1 1 ( ) − = z f z ----z=1为孤立奇点 定义 0 , ( ) . ( ) , 0 0 0 0 内解析 则 称 为 的孤立奇点 若 在 处不解析 但 在 的某个去心邻域 z z z f z f z z z  −   ~~~~~~~~~

但∵l 0,∴在z=0不论多么小的去心 n→>0n元 邻域内总有f(z)的奇点存在, 故z=0不是 的孤立奇点 0 这说明奇点未 必是孤立的

x y o 这说明奇点未 必是孤立的。 邻域内 总 有 的奇点存在， 但 在 不论多么小的去心 , ( ) 0, 0 1 lim f z z n n =  = →   的孤立奇点。 故 不 是 z z 1 sin 1 = 0

2.分类 以下将f(z)在孤立奇点的邻域内展成洛朗级数,根 据展开式的不同情况,将孤立点进行分类。考察: d×÷ n SInz +(-1) 十 5 (2n+1) 特点:没有负幂次项 (2) 亡心 +0,n-1 n-1 e ∑,=∑ +1++… 十 H=0 H=0 特点:只有有限多个负幂次项 (3)e=1+x+2+…+z"+ 2! 特点:有无穷多个负幂次项

2. 分类 以下将f (z)在孤立奇点的邻域内展成洛朗级数，根 据展开式的不同情况，将孤立点进行分类。考察：  + + = − + − + − (2 1)! ( 1) 3! 5! 1 sin (1) 2 4 2 n z z z z z n n 特点：没有负幂次项 = = = + + ++ + +  − = +  − =   2! ! 1 1 ! ! 1 (2) 1 0 1 0 n z z n z z n z z z e n n n n z n 特点：只有有限多个负幂次项 = + − + − ++ z −n + n e z z z ! 1 2! 1 (3) 1 1 2 1 特点：有无穷多个负幂次项

定义设是f(z)的一个孤立奇点,在的去心邻域内, 若∫()的洛朗级数 (1)f()=∑c1(z-z) 0 没有负幂次项,称乙=为可去奇点; (i)f(z)=∑cn(z 0)(Cm1≠50,m≥1 =-n 只有有限多个负幂次项,称z=z)为m级极点; (i)f(z)=∑cn(z-zn) n=-0 有无穷多个负幂次项,称z=.为本性奇点

定义 设z0是f (z)的一个孤立奇点，在z0 的去心邻域内， 若f (z)的洛朗级数   = = − 0 0 ( ) ( ) ( ) n n n i f z c z z 没有负幂次项，称z=z0为可去奇点; ( ) ( ) ( ) ( 0, 1) = − 0 −    =− i i f z c z z c m m n m n n 只有有限多个负幂次项，称z=z0为m 级极点;   =−  = − n n n (iii) f (z) c (z z ) 0 有无穷多个负幂次项，称z=z0为本性奇点。 ~~~~~~~~ ~~~~~~~~ ~~~~~~~~

3.性质 口若为f(z的可去奇点 兮∫(z)=∑cn(z-z)lmf(z)=co 0 补充定义:f(z)=cf(az)在解析 口若为f(z)的m(m≥1)级极点 + 台→f()=∑cn(z-z)”(cm≠0,m≥1) imf(z)=分f(x)=1 n=- g(z) 0

3. 性质 ( ) ( ) . 补充定义：f z0 = c0 f z 在z0 解 析 0 0 0 ( ) ( ) lim ( ) 0 f z c z z f z c z z n n  = n −  = → +  =  ❑ 若z0为f (z)的可去奇点 ( ) ( ) ( 0, 1 )  = − 0 −   +  =− f z c z z c m m n m n n ❑ 若z0为f (z)的m (m  1) 级极点 ( ) ( ) 1 lim ( ) ( ) 0 0 g z z z f z f z m z z −  =   = →

其中:g(az)=cn+cm+1(z-)+cm+2(z-x)2+ g(x)在z-z<b呐是解析函数里(zn)≠0 2-3z+2 例如:f(2)=2+1)(z-D z=1为f()的一个三级极点,z=±i为∫(<)的一级极点。 若为f()的本性奇点 台f(z)的洛朗级数有无穷多项幂次项 台→imf(z)不存在,也不为 n→0

( ) ( ) 0. : ( ) ( ) ( ) , 0 0 2 1 0 2 0 −   = − + − + − + − + − + g z z z g z g z c c z z c z z m m m 在 内是解析函数且 其 中   2 4 2 ( 1)( 1) 3 2 ( ) + − − + = z z z z 例如： f z z=1为f (z)的一个三级极点， z=i为f (z)的一级极点。    → 不存在，也不为 的洛朗级数有无穷多项负幂次项 lim ( ) ( ) f z f z n ❑ 若z0为f (z)的本性奇点

4.零点与极点的关系 定义不恒等于0的解析函数f(z)如果能表示成 f(x)=(x-x)"g(z) 其中:q(z)≠0,q(z)在z点解析,m∈N 则称z=为f(z)的m级零点。 例如:z=0与z=1分别是(z)=x(x-1)的一级 与三级零点

4. 零点与极点的关系 定义 不恒等于0的解析函数f (z)如果能表示成 ( ) ( ) ( ) 0 f z z z z m = −  其中：(z0 )  0,(z)在z0 点解析,m N 则称z=z0为f (z) 的m 级零点。 与三级零点。 例如： z = 0与z = 1分别是f (z) = z(z −1) 3 的一级

定理f(x)=(z-zn)"g(z) (q(z)≠0,g(z)在z点解析,m∈N) 台f"(zn)=0n=0,1,2,…,m-1)fm(xao)≠0 事实上,∵q(z)=∑c(z-x)co=q(n)≠0 =0 f(z)=∑cn(z-x0)m =0 由 Taylor级数的系数公式有: f(z)=0(n=0,2,…,m-1 而 ∫(xn)=cn≠0必要性得证!充分性略! m

( ) ( ) 0 ( 0 ) 0 0 =  − 0 =  +  = z c z z c z n n  n  ( ( ) 0, ( ) , )  z0   z 在z0 点解析 m N ( ) 0( 0,1,2, , 1) ( ) 0. ( ) ( ) ( ) 0 ( ) 0 ( ) 0  = = −  = − f z n m f z f z z z z n m m  定理  事实上， 必要性得证！ +  = +  = − 0 0 ( ) ( ) n n m n f z c z z 0 ! ( ) ( ) 0 ( 0,1,2, , 1), : 0 0 ( ) 0 ( ) =  = = − c m f z f z n m Taylor m n 而 由 级数的系数公式有  充分性略！