1. Trang chủ
  2. » Giáo án - Bài giảng

Lý thuyết hàm biến phức

4 249 0

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 4
Dung lượng 281 KB

Nội dung

Công thức tích phân Cauchy Cho D là một miền bị chặn, có biên là hữu hạn đường cong... Hàm điều hoàĐịnh lý: Một hàm hai biến thực trên miền D là hàm điều hoà khi và chỉ khi là phần thực

Trang 1

ÔN THI LÝ THUYẾT HÀM BIẾN PHỨC

KHOÁ 2012-2013

BẢO VƯƠNG _ CĐSTOAN

*-*-*-*-*-*

1 Công thức Niutơn - Leibnitz

Hàm F gọi là một nguyên hàm của hàm f trên miền D nếu F’(z)=F(z) với mọi z  D

Định lý 2 (Công thức Niutơn – Leibnitz): Nếu  : [a,b]  D là một đường cong trơn từng khúc,

1

)

(a  z

,  (b ) z2, F là một nguyên hàm của f trên miền D thì.

) ( ) ( )

(z dz F z2 F z1 f

Chứng minh:

Theo công thức  

b

a

dt t t f dz z

Đặt  (t) F(  (t)) ta có  ' (t) f(  (t))  ' (t)

Áp dụng công thức Niutơn – Leibnitz trong giải tích thực cho phần thực và phần ảo của (t)

ta có

) ( ) ( ) ( ) ( )

(z dz b a F z2 F z1 f

      

2 Công thức tích phân Cauchy

Cho D là một miền bị chặn, có biên là hữu hạn đường cong Nếu f giải tích trên D và liên tục trên D thì với mọi z 0 D ta có

dz z z

z f i z

f

D

0 0

) ( 2

1 ) (

Chứng minh:

Với mọi r>0 sao cho B(z0,r) D, đặt D ' D\B(z0,r) Hàm

0

) ( ) (

z z

z f z g

 giải tích trên D’ nên

theo định lý Cauchy: Cho D là một miền bị chặn, có biên là hữu hạn các đường cong trơn từng khúc Nếu f giải tích trên D và liên tục trên D thì  ( ) 0

D

dz z

0 )

( )

( )

(

0 0

dz z z

z f dz z z

z f dz

z

z

z

f

r

C D

D

Từ đó i z f z z dz i z f z z dz

r

C

) ( 2

1 )

( 2

1

z f z z dz i

r

C

2 )

(

0

 nên f z i z f z z dz i f z z z f z dz

r

0

0 0

0

) ( ) ( 2

1 )

( 2

1 ) (

Với mọi   0 ,   0 sao cho zz0   thì f(z)  f(z)0   Khi đó mọi r  ta có:

f z z z f z dz r r

i

r

C

2 2

1 )

( )

(

2

1

0

dz z z

z f i

dz z z

z f i

z

f

D

 

0 0

0

) ( 2

1 )

( 2

1

)

(

Trang 2

3 Hàm điều hoà

Định lý: Một hàm hai biến thực trên miền D là hàm điều hoà khi và chỉ khi là phần thực hay

phần ảo của một hàm giải tích nào đó trên D.

Chứng minh:

Ta chứng minh nếu u (hoặc v) là hàm điều hoà trên D thì tồn tại v (hoặc u) là hàm trên D sao cho fuiv là hàm giải tích trên D Thật vậy, giải sử u là hmà điều hoà, với mỗi (x0,y0) D,

x

u dx y

u y

x

v

y x

y

) , (

) , ( 0 0

)

,

Do u là hàm điều hoà nên ( ) ( )

y

u y

u x

u x

u

, từ đó tích phân đường (1) không phụ thuộc vào hình dạng đường nối (x0,y0) với(x,y) trong D

x

u dx y

u

dv

 , nên ta có x v u y y v   u x

, , mà theo định lý 1(chương I): Hàm f khả vi tại z0 x0 iy0 khi và chỉ khi nó R 2 khả vi và thoả mãn điều kiện Cauchy-Rieman tại

)

,

(x0 y0 nên fuiv là hàm giải tích

Do đó hàm v xác định bởi (1) là hàm cần tìm

x

v dx y

v y

x u

y x

y

) , (

) , ( 0 0

) ,

cho là fuiv hàm giải tích

4 Định lý Cauchy

Cho f là một hàm giải tích trên miền D và z 0 D Khi đó trong hình tròn B(z0,R),

) ,

(z0 D

d

) ( )

(

k

k

k z z a z

f (1 ) Các hệ số a k là duy nhất, được tính theo công thức:

!

) ( 0

) (

k

z f

a

k

Chứng minh:

Với r tuỳ ý, 0 r  R, kí hiệu Cr là đường tròn tâm z0, bán kính r

z

f i z

f

D

2

1 )

Với mọi z  B(z0,r) Vì zz0    z0 nên có khai triển 1 ( )1( )

0

z

0

0

0 1

1

1

z

z z

z

0

) (

) (

n

z

z z

Với mọi  C r , 0 1

0

r

z z z

z z

, nên theo (định nghĩa chuỗi hàm): Nếu chuỗi hàm xác định

n

k k

f z

f z f

1 2

1 ( ) ( ) ( ) ( ) hội tụ đều trên A và là một

hàm bị chặn trên A thì chuỗi

n

k

k z f

1

0 ) ( hội tụ đều trân A chuỗi

0

) (

) )(

(

k

z

z z f

hội tụ đều trên

Cr với z, z 0 cố định

Trang 3

Thế (3) và (2) và áp dụng (định lý 6 chương III):

1

) ( )

(

k

k z dz f dz

z

k

z z d z

f i z

f

r

) ( )

(

) ( 2

1

)

Theo công thức tích phân Cauchy đối với đạo hàm 21 ( ( )) (! 0)

) ( 1

z f d z

f i a

k

C

k k

r

0

0 0

) (

0

!

) ( )

(

)

(

k

k k

k

k

k

z f z

z a

z

Vì chuỗi (4) hội tụ trên mọi hình tròn B(z0,R), r < R, nên nó hội tụ trên B(z0,R)

Ta kiểm tra tính duy nhất của các hệ số ak Giả sử 

0

0 ) ( )

(

k

k

k z z b z

f ,z  B(z0,R) là một khai

triểu tuỳ ý của f Theo định lý Abel, lấy đạo hàm hai vế đẳng thức này k lần và thay z  z0ta

k z k b

f( ) ( 0) !

Vậy ta cũng có

!

) ( 0

) (

k

z f b

k

k

5 Định lý Laurent

Cho hàm f giải tích trên vành khăn V zC:rzz0 R,0 rR  Khi đó trên V ta có





k

k

k z z

a

z

f( ) ( 0) (1), trong đó các hệ số a k là duy nhất và được tính theo công thức

d z

f i

a

C

k

k  (  0) 1

) ( 2

1

(2) Clà đường tròn tâm z 0 , bán kính , r  R

Chứng minh:

Giả sử z là điểm tuỳ ý thuộc V Chọn r’, R’ sao cho rr'  zz0 R' R Ký hiệu

 : ' '

' z C r z z0 R

V      Theo công thức tích phân Cauchy

z

f i

z

f

V

'

) ( 2

1

)

z

f i

d z

f i

r

' '

) ( 2

1 )

( 2

Với mọi n  C R'

) ( ) (

1 1

0

z

0

0

0 1

1 1

z

z z z

0

) (

) (

k

z

z z

0

0 

z

z

z

, nên chuỗi này hội tụ đều trên CR’

Tương tự như chứng minh định lý Taylor  

( 2

1

' k

k k

C

z z a d

z

f i R

  

d

z

f i

a

R

C

k

'

1

) ( 2

1

(4’) Với mọi  C r', ta có 1 ( )1( )

0

z

0

0

0 1

1 1

z z

z z

z

1 0

) (

)

(

l

z

z

z

0

0

z

z

z

nên chuỗi này hội tụ đều trên Cr’

1

0 ) ( )

( 2

1

' l

l l

C

z z a d

z

f i

r

i

a

r

C

l

'

1 )

( 2

1

(5’)

Trang 4

Trong (5) và (5’) thay –l bởi k ta có  



 

1

0 ) (

) ( 2

1

' k

k l

C

z z a d

z

f i

r

  

  d

z

f i

a

C

k

0

) ( 2

1

(6’)

Chú ý trong (4’) và (6’) ta có thể thay đường lấy tích phân làzz0   ,r  Rnên thay (4) và (6) vào (3) ta có 



k

k

k z z a

z

z

f i

a

C

k

2

1

,r  R

Ta chứng minh tính duy nhất của các hệ số ak Giả sử 



k

k

k z z b z

f( ) ( 0) (7) là mộ khai triểu tuỳ ý của f trên v

Khi đó 



1

0 ) (

k

k

k z z

b và

0

0 ) (

k

k

k z z

b hội tụ đều trên một đường tròn C , 1   R Ta có

dz

z

z

C

m

 

)

1 ,

0

1 ,

2

m m i

Do đó nhân hai vế của (7) với   1

0

1 2

1

z k z i

C

k dz b z

z

z f

 0 1

) ( 2

1

d

z

f i b

a k kn

0

) ( 2

1

với mọi số nguyên k.

6 Định lý thặng dư

a) Nếu f giải tích trong miền 0  zz0 R và khai triểu Laurent của f trong lân cận z0





k

k

k z z

a

z

f( ) ( 0) (3)thì resf(z),z0a1

b) Nếu f giải tích trong miền z  R và khai triểu Laurent của f trong lân cận của





k

k

k z

a

z

f( ) (4)thì resf(z),   a1

Chứng minh:

a) Chuỗi (3) hội tụ đều trên C,0   Rnên tích phân từ số hạng của chuỗi ta được

k k

C

dz z z a

dz

z

k i

k dz

z

z

C

k

2 )

(  1

 Vậy resf(z),z0 a1 b) Tương tự a), tích phân từng số hạng của chuỗi (4) ta có f z dz a z dz

k

k k C





)

Từ đó resf(z),z0  a1

Ngày đăng: 03/02/2015, 04:00

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w