第三章 复变函数的积分

本文详细介绍了复变函数的积分概念,包括复积分的定义、性质及多种计算方法,如柯西积分定理、闭合曲线积分的各种方法,如利用原函数、柯西积分公式和高阶导数定理等。此外,还探讨了柯西积分定理的路径无关性以及解析函数的高阶导数特性。

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1. 复积分的概念

1.1 复积分的定义

∫ c f ( z ) d z = lim ⁡ λ − > 0 f ( ξ ) Δ z \int_cf(z)dz=\lim_{ \lambda->0 }f(\xi)\Delta z cf(z)dz=λ>0limf(ξ)Δz

1.2 复积分的性质

(1) ∫ c f ( z ) d z = − ∫ c − f ( z ) d z \int_c f(z)dz = -\int_{c^-}f(z)dz cf(z)dz=cf(z)dz
(2) ∫ c f ( z ) d z = ∫ c 1 f ( z ) d z + ∫ c 2 f ( z ) d z \int_c f(z)dz = \int_{c_1}f(z)dz+\int_{c_2}f(z)dz cf(z)dz=c1f(z)dz+c2f(z)dz
(3) ∣ ∫ c f ( z ) d z ∣ ≤ ∫ c ∣ f ( z ) ∣ ∣ d z ∣ ≤ M L |\int_c f(z)dz| \leq \int_c |f(z)| |dz| \leq ML cf(z)dzcf(z)dzML

在这里插入图片描述

1.3 复积分的计算

【积分】方法1:化为第二类曲线积分

∫ c f ( z ) d z = ∫ c ( u + i v ) ( d x + i d y ) = ∫ c ( u d x − v d y ) + i ∫ c ( v d x + u d y ) \int_c f(z) dz = \int_c(u+iv)(dx+idy)=\int_c(udx-vdy)+i\int_c(vdx+udy) cf(z)dz=c(u+iv)(dx+idy)=c(udxvdy)+ic(vdx+udy)
(一般较少使用)

【积分】方法2:直接化为定积分[5]

C : z = z ( t ) = x ( t ) + i y ( t ) ∫ c f ( z ) d z = ∫ c f [ z ( t ) ] z ′ ( t ) d t C:z=z(t)=x(t)+iy(t) \\ \int_c f(z) dz = \int_cf[z(t)]z'(t)dt C:z=z(t)=x(t)+iy(t)cf(z)dz=cf[z(t)]z(t)dt
在这里插入图片描述

【积分】方法3:利用原函数求解

∫ c f ( z ) d z = F ( z ) ∣ z o z 1 \int_c f(z) dz = F(z)|_{z_o}^{z_1} cf(z)dz=F(z)zoz1

【闭合曲线积分】方法4:柯西积分定理

设函数f(z)在单连通区域D内解析 τ \tau τ为D内的任意一条简单闭曲线,则:
∮ t a u f ( z ) d z = 0 \oint_{tau}f(z)dz=0 tauf(z)dz=0

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