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留數定理
鎖定
- 中文名
- 留數定理
- 外文名
- Residue theorem
- 別 稱
- 柯西留數定理
- 應用學科
- 工程學、數學
- 適用領域範圍
- 工學
- 相關術語
- 解析函數
留數定理定律定義
如果γ是若爾當曲線,那麼I(γ,ak)=1, 因此:
在這裏,Res(f, ak)表示f在點ak的留數,I(γ, ak)表示γ關於點ak的卷繞數
[2]
。卷繞數是一個整數,它描述了曲線γ繞過點ak的次數。如果γ依逆時針方向繞着ak移動,卷繞數就是一個正數,如果γ根本不繞過ak,卷繞數就是零。
留數定理推導過程
以下的積分
在計算柯西分佈的特徵函數時會出現,用初等的微積分是不可能把它計算出來的。我們把這個積分表示成一個路徑積分的極限,積分路徑為沿着實直線從−a到a,然後再依逆時針方向沿着以0為中心的半圓從a到−a。取a為大於1,使得虛數單位i包圍在曲線裏面。路徑積分為:
由於eitz是一個整函數(沒有任何奇點),這個函數僅當分母z2 + 1為零時才具有奇點。由於z2 + 1 = (z + i)(z − i),因此這個函數在z = i或z = −i時具有奇點。這兩個點只有一個在路徑所包圍的區域中。
由於f(z)是
f(z)在z = i的留數是:
根據留數定理,我們有:
路徑C可以分為一個“直”的部分和一個曲線弧,使得:
因此
如果t> 0,那麼當半圓的半徑趨於無窮大時,沿半圓路徑的積分趨於零:
因此,如果t> 0,那麼:
類似地,如果曲線是繞過−i而不是i,那麼可以證明如果t< 0,則
因此我們有:
(如果t= 0,這個積分就可以很快用初等方法算出來,它的值為π。)