Когда мы вычисляем предел в точке , он может быть конечным, бесконечным либо не существовать. Аналогично этому, подобные ситуации могут быть и при вычислении предела
при
. Бесконечность не является точкой в плоскости, тем не менее, тип такого объекта как «бесконечно-удалённая точка» можно тоже классифицировать как и типы особых точек, с помощью предела.
Существует геометрическая модель, в которой бесконечно-удалённая точка присутствует на равных с другими точками. Поместим сферу над плоскостью в начало координат. Если от верхней точки S провести любую наклонную прямую, то она 1 раз пересечётся со сферой и 1 раз с плоскостью. Таким образом, каждой точке комплексной плоскости можно однозначно поставить в соответствие точку на сфере. При этом единственная точка, для которой нет образа на плоскости - это точка S. Она соответствует горизонтальной касательной, и можно поставить ей в соответствие «бесконечно удалённую точку».
Классификация как особой точки происходит аналогично, как и было для точки
:
Название | Устранимая особая точка | Полюс | Существенно-особая точка |
При каком условии | ![]() | ![]() | ![]() |
Пример | ![]() ![]() | ![]() ![]() | ![]() ![]() |
Только в данном случае наоборот, полюс если степень m в числителе, а не в знаменателе. Например, для полюс порядка m.
В задачах можно делать замену и таким образом сводить изучение
к изучению поведения функции в точке
.
Пример. Определить тип точки для
.
Решение. Сделаем замену , т.е. После этого функция изменит вид так:
=
=
.
Попутно заметим, что а значит и
- полюс 3-го порядка.
Для точки , соответствующей
, видим нуль 3-го порядка в числителе и 5-го порядка в знаменателе. Сократив дробь, можно получить
. Тогда видно, что
полюс 2-го порядка, а значит,
полюс 2-го порядка.
Пример. Определить тип точки для
.
Решение. Сделаем замену , т.е. После этого функция станет
, то есть
полюс порядка m, значит
полюс порядка m.
Пример. Определить тип точки для
.
Решение. Сделаем замену , т.е. После этого
.
Если устремить к 0 со стороны положительной полуоси, то получается
. Если со стороны отрицательной полуоси, то
. А если со стороны мнимой оси, то предел вообще не существует: при
,
, и при этом
, при этом
=
, т.е. при
не существует предел ни действительной, ни мнимой части. Итак, приближаясь к (0,0) на плоскости с разных сторон, получаем разные результаты, а при приближении по некоторым траекториям предел даже не существует. Вывод: предел в точке
не существует,
а значит
это существенно-особая точка.
Вычеты
Определение. Пусть замкнутый контур, внутри него точка
, на самом контуре и внутри него нет особых точек, кроме
. Тогда интеграл
называется вычетом функции
в точке
и обозначается
.
Теорема 1. Вычет функции равен коэффициенту в разложении в ряд Лорана.
.
Доказательство. В § 5 прошлой главы («интегральная формула Коши») доказывали теорему 5 о разложении в ряд Лорана, и получили, в частности, . А правое выражение это и есть вычет.
Теорема 2. Если - правильная точка или устранимая особая точка, то
.
Доказательство. Если , а для правильной или устранимой особой точки
по теореме 2 прошлого параграфа, то
.
Теорема 3. Если простой полюс (т.е. 1-го порядка) то верна формула вычисления вычета:
=
.
Доказательство (ДОК 31). Можно доказать двумя методами:
1) с помощью ряда Лорана
2) с помощью интегральной формулы Коши.
Способ 1. Рассмотрим ряд Лорана. Если полюс 1-го порядка, то крайняя отрицательная степень равна , то есть ряд имеет такой вид:
Домножим на , чтобы выразить крайний коэффициент
.
Теперь все слагаемые стремятся к 0 при , кроме
.
, при этом из теоремы 1 известно, что
.
Тогда =
.
Способ 2. Если полюс 1-го порядка, то функцию можно представить в виде:
, тогда верно
. В то же время по интегральной формуле Коши:
.Тогда
.
=
=
=
.
Что и требовалось доказать.
Дата: 2018-12-21, просмотров: 280.