intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Giáo trình Toán học phần 3

Chia sẻ: Phuoc Hau Phuoc Hau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST
Báo xấu
103
lượt xem 13
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phép quay tâm O góc α z α ζ = eiαz ζ → ω = λζ 2. Phép vi tự tâm O hệ số λ 3. Phép tĩnh tiến vectơ b ωαw=ω+b Vậy phép biến hình tuyến tính l phép đồng dạng. Hàm nghịch đảo • H m nghịch đảo w = 1 , z ∈ ∀* z l h m giải tích, có đạo h m 1 w’(z) = − 2 ≠ 0 với z ≠ 0 z v do đó biến hình bảo giác mặt phẳng (z) - {0} lên mặt phẳng (w).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Toán học phần 3

  1. Ch−¬ng 2. H m BiÕnPhøc z α ζ = eiαz 1. PhÐp quay t©m O gãc α 2. PhÐp vi tù t©m O hÖ sè λ ζ → ω = λζ ωαw=ω+b 3. PhÐp tÜnh tiÕn vect¬ b VËy phÐp biÕn h×nh tuyÕn tÝnh l phÐp ®ång d¹ng. H m nghÞch ®¶o • H m nghÞch ®¶o w = 1 , z ∈ ∀* (2.9.3) z l h m gi¶i tÝch, cã ®¹o h m ζ 1 w’(z) = − 2 ≠ 0 víi z ≠ 0 z z v do ®ã biÕn h×nh b¶o gi¸c mÆt ph¼ng (z) - {0} lªn mÆt ph¼ng (w). • KÝ hiÖu z = reiϕ , ta cã w 1 1 |w|= v argw = - argz = - ϕ = (2.9.4) r |z| Suy ra phÐp biÕn h×nh nghÞch ®¶o l tÝch cña c¸c phÐp biÕn h×nh sau ®©y. 1. PhÐp ®èi xøng qua ®−êng trßn ®¬n vÞ z α ζ = 1 e iϕ r ζα w= ζ 2. PhÐp ®èi xøng qua trôc ho nh VËy phÐp nghÞch ®¶o b¶o to n tÝnh ®èi xøng qua ®−êng trßn ®¬n vÞ v qua trôc ho nh. • Ph−¬ng tr×nh ®−êng trßn suy réng trong mÆt ph¼ng (z) cã d¹ng A(x2 + y2) + Bx + Cy + D = 0 (2.9.5) KÝ hiÖu z = x + iy v w = u + iv. Suy ra ⇔ x = 2 u 2 v y = 2− v 2 x + iy = 1 u + iv u +v u +v Thay v o ph−¬ng tr×nh ®−êng trßn (2.9.5) nhËn ®−îc D(u2 + v2) + Bu - Cv + A = 0 Qua phÐp biÕn h×nh nghÞch ®¶o 1. §−êng th¼ng ®i qua gèc A=D=0 biÕn th nh ®−êng th¼ng qua gèc kh«ng qua gèc A = 0 v D ≠ 0 biÕn th nh ®−êng trßn qua gèc 2. §−êng trßn A ≠ 0 v D = 0 biÕn th nh ®−êng th¼ng kh«ng qua gèc ®i qua gèc kh«ng qua gèc A ≠ 0 v D ≠ 0 biÕn th nh ®−êng trßn kh«ng qua gèc VËy phÐp biÕn h×nh nghÞch ®¶o biÕn ®−êng trßn suy réng th nh ®−êng trßn suy réng. Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 35
  2. Ch−¬ng 2. H m BiÕn Phøc §10. H m ph©n tuyÕn tÝnh v h m Jucop H m ph©n tuyÕn tÝnh • H m ph©n tuyÕn tÝnh w = az + b (c ≠ 0, ad - bc ≠ 0) (2.10.1) cz + d l h m gi¶i tÝch, cã ®¹o h m w’(z) = ad − bc2 ≠ 0 víi z ≠ - d (cz − d ) c v do ®ã biÕn h×nh b¶o gi¸c mÆt ph¼ng (z) - {- d } lªn mÆt ph¼ng (w). c • Ph©n tÝch w = bc − ad 1 + a (2.10.2) c cz + d c Suy ra phÐp biÕn h×nh ph©n tuyÕn tÝnh l tÝch cña c¸c phÐp biÕn h×nh sau ®©y. z α ζ = cz + d 1. PhÐp ®ång d¹ng ζαω= 1 2. PhÐp nghÞch ®¶o ζ ω α w = a1ω + b1 víi a1 = bc − ad v b1 = a 3. PhÐp ®ång d¹ng c c VËy phÐp biÕn h×nh ph©n tuyÕn tÝnh b¶o to n ®−êng trßn suy réng v tÝnh ®èi xøng qua ®−êng trßn suy réng. • BiÕn ®æi a z + b1 a b d w= 1 víi a1 = , b1 = v d1 = z + d1 c c c Suy ra nÕu biÕt ®−îc ¶nh cña ba ®iÓm kh¸c nhau w1 = w(z1), w2 = w(z2), w3 = w(z3), th× cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc phÐp biÕn h×nh ph©n tuyÕn tÝnh. w − w1 w 2 − w1 z − z1 z 2 − z1 = (2.10.3) w − w3 w2 − w3 z − z3 z2 − z3 H m Jucop • H m Jucop 1 w = 1 (z + ), z ∈ ∀* (2.10.4) z 2 l h m gi¶i tÝch, cã ®¹o h m w’(z) = 1 (1 - 12 ) ≠ 0 víi z ≠ 0, ±1 2 z v do ®ã biÕn h×nh b¶o gi¸c mÆt ph¼ng (z) - {0, ±1} lªn mÆt ph¼ng (w). Trang 36 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
  3. Ch−¬ng 2. H m BiÕnPhøc • H m Jucop l h m ®a diÖp 1 (z + 1 ) = 1 (z 1 + 1 ) ⇔ (z - z1)(1 - zz1) = 0 (2.10.5) 2 z 2 z1 Suy ra miÒn ®¬n diÖp l bªn trong hoÆc bªn ngo i ®−êng trßn ®¬n vÞ. KÝ hiÖu z = reiϕ, ta cã 1 1 1 1 w = (r + )cosϕ + i (r - )sinϕ (2.10.6) r r 2 2 1 -1 -1 1 (z) (w) Qua phÐp biÕn h×nh Jucop §−êng trßn | z | = 1 biÕn th nh ®o¹n th¼ng u = cosϕ, v = 0 1 1 1 1 |z|=r u = (r + )cosϕ, v = (r - )sinϕ biÕn th nh ellipse r r 2 2 |z|>1 MiÒn biÕn th nh (w) - [-1, 1] |z| 0 } th nh phÇn trong h×nh trßn ®¬n vÞ G = { | w | < 1 } sao cho f(a) = 0. a 0 a • Do ∂D v ∂G ®Òu l ®−êng trßn nªn chóng ta chän phÐp biÕn h×nh ph©n tuyÕn tÝnh az + b w= cz + d Do h m ph©n tuyÕn tÝnh b¶o to n tÝnh ®èi xøng qua biªn v f(a) = 0 suy ra f( a ) = ∞ Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 37
  4. Ch−¬ng 2. H m BiÕn Phøc z−a víi k ∈ ∀ w=k z−a Do tÝnh t−¬ng øng biªn : z ∈ ∂D ⇒ w = f(z) ∈ ∂G suy ra z = x ⇒ | w | = | k | x − a = 1 v do x − a = 1 nªn | k | = 1 x−a x−a KÝ hiÖu k = eiϕ víi ϕ ∈ 3 suy ra z−a w = eiϕ (2.11.1) z−a §Ó x¸c ®Þnh gãc ϕ cÇn biÕt thªm ¶nh cña mét ®iÓm thø hai. VÝ dô 2 T×m h m gi¶i tÝch w = f(z) biÕn h×nh b¶o gi¸c miÒn D = { | z | < 1 } th nh miÒn G = { | w | < 1 } sao cho f(a) = 0. 1/ a a 0 0 • Do ∂D v ∂G ®Òu l ®−êng trßn nªn chóng ta chän phÐp biÕn h×nh ph©n tuyÕn tÝnh w = az + b cz + d Do h m ph©n tuyÕn tÝnh b¶o to n tÝnh ®èi xøng qua biªn v f(a) = 0 suy ra f(1/ a ) = ∞ z−a = k z − a víi k ∈ ∀ w= k az − 1 z −1/ a Do tÝnh t−¬ng øng biªn : z ∈ ∂D ⇒ w = f(z) ∈ ∂G suy ra | z | = 1 ⇒ | w | = | k | z − a = 1 v do z − a = 1 víi | z | = 1 nªn | k | = 1 az − 1 az − 1 KÝ hiÖu k = eiϕ víi ϕ ∈ 3 suy ra z−a w = eiϕ (2.11.2) az − 1 §Ó x¸c ®Þnh gãc ϕ cÇn biÕt thªm ¶nh cña mét ®iÓm thø hai. VÝ dô 3 T×m h m gi¶i tÝch w = f(z) biÕn h×nh b¶o gi¸c miÒn D = { 0 < argz < π } th nh 3 iπ miÒn G = {| w | < 1} sao cho f( e 6 ) = 0 v f(0) = i. • Tr−íc hÕt biÕn gãc nhän th nh nöa mÆt ph¼ng trªn b»ng phÐp luü thõa. Sau ®ã dïng phÐp biÕn h×nh ph©n tuyÕn tÝnh (2.11.1) biÕn nöa mÆt ph¼ng trªn th nh phÇn trong cña h×nh trßn ®¬n vÞ. Trang 38 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
  5. Ch−¬ng 2. H m BiÕnPhøc iπ i e 6 0 i 0 ζ = z3 ζ−i w= k , w(0) = - k = i iπ 0 ζ+i ζ(0) = 0, ζ( e ) = i 6 LÊy tÝch c¸c phÐp biÕn h×nh w = − i z 3 − i 3 z +i VÝ dô 4 T×m h m gi¶i tÝch w = f(z) biÕn h×nh b¶o gi¸c miÒn D = { | z | < 1 v Imz > 0 } th nh miÒn G = { Imw > 0 }. • Tr−íc hÕt biÕn nöa h×nh trßn th nh gãc vu«ng b»ng c¸ch biÕn ®iÓm -1 th nh ∞ v ®iÓm 1 th nh ®iÓm 0 b»ng phÐp biÕn h×nh ph©n tuyÕn tÝnh. Sau ®ã quay v biÕn gãc vu«ng th nh nöa mÆt ph¼ng trªn. i -1 1 1 0 i ζ = z −1 ω = -iζ z +1 ω(-1) = i, ω(i) = 1 -1 0 ζ(0) = -1, ζ(i) = i 2 LÊy tÝch c¸c phÐp biÕn h×nh w = ω2 = −  z − 1     z +1 VÝ dô 5 T×m h m gi¶i tÝch w = f(z) biÕn h×nh b¶o gi¸c miÒn D = {| z | < 1, | z - i | > 1 } 2 2 th nh miÒn G = { -1 < Rew < 1 }. i i -1 0 1 -i i/2 ζ = 1 , ζ(i) = ∞ 3 ω = 4(ζ - i) = 4ζ - 3i z−i 4 ζ(0) = i, ζ(-i) = i/2 ω(i) = i, ω(i/2) = -i LÊy tÝch c¸c phÐp biÕn h×nh w = iω = 4i + 3 z−i Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 39
  6. Ch−¬ng 2. H m BiÕn Phøc • Tr−íc hÕt biÕn hai ®−êng trßn lång nhau hai ®−êng th¼ng song song b»ng c¸ch biÕn ®iÓm i th nh ®iÓm ∞. Sau ®ã dïng phÐp tÜnh tiÕn v phÐp vi tù ®Ó ®iÒu chØnh b¨ng ngang th nh b¨ng ngang ®èi xøng v cã ®é réng thÝch hîp. Cuèi cïng dïng phÐp quay ®Ó nhËn ®−îc b¨ng ®øng. VÝ dô 6 T×m h m gi¶i tÝch w = f(z) biÕn h×nh b¶o gi¸c miÒn D = {| z | < 1} - [1/3, 1] th nh miÒn G = {| w | < 1}. • Tr−íc hÕt biÕn h×nh trßn víi l¸t c¾t [1/3, 1] th nh mÆt ph¼ng víi l¸t c¾t [-1, 5/3] b»ng phÐp biÕn h×nh Jucop. Sau ®ã thu gän l¸t c¾t th nh ®o¹n [-1, 1] b»ng phÐp tÜnh tiÕn v phÐp vi tù. Cuèi cïng dïng phÐp biÕn h×nh Jucop ng−îc. 1 -1 1/3 1 5/3 -1 1 1 ζ= (z + ) ω = 1 (w + 1 ) 2 z 2 w ω = 3 (ζ − 1 ) ζ(1) = 1, ζ(1/3) = 5/3 ω(-1) = -1, ω(5/3) = 1 4 3 LÊy tÝch c¸c phÐp biÕn h×nh w = ω + ω 2 − 1 = 3 (z + 1 ) − 1 + [ 3 (z + 1 ) − 1 ]2 − 1 8 24 8 24 B i tËp ch−¬ng 2 1. X¸c ®Þnh phÇn thùc, phÇn ¶o, module v argument cña c¸c h m sau ®©y. z+i 1 a. w = z3 b. w = 3 z d. w = z - c. w = z −1 z 2. BiÓu diÔn qua z v z c¸c h m sau ®©y. 2xy a. w = x2 - 1 b. w = x 2 + y2 + i y 8. w = x 3 + i y3 c. w = x + y2 2 3. Kh¶o s¸t tÝnh liªn tôc, liªn tôc ®Òu cña c¸c h m sau ®©y. z +1 Re z z a. w = b. w = lnx + iy c. w = d. w = z −1 z |z| Trang 40 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
  7. Ch−¬ng 2. H m BiÕnPhøc 4. Kh¶o s¸t ®iÒu kiÖn (C - R) v tÝnh gi¶i tÝch cña c¸c h m sau ®©y. 1 a. w = z3 b. w = zRez c. w = 2 d. w = z z z +1 5. §iÒu kiÖn Cauchy - Riemann a. T×m a, b, c ∈ 3 ®Ó h m f(z) = x + ay + i(bx + cy) gi¶i tÝch trªn ∀ | xy | tho¶ ®iÒu kiÖn (C - R) nh−ng kh«ng kh¶ vi t¹i z = 0 b. Chøng tá r»ng h m f(z) = c. Cho f(z) = u(r, ϕ) + iv(r, ϕ) víi z = reiϕ. ViÕt d¹ng l−îng gi¸c cña ®iÒu kiÖn (C - R) ∆w ∂u ∂v d. Cho w = u(x, y) + i v(x, y). Chøng minh r»ng nÕu ∃ lim Re th× ∃ = ∂x ∆z ∂x ∆z →0 6. T×m gãc quay v hÖ sè co cña phÐp biÕn h×nh w = f(z) t¹i ®iÓm z ∈ D. 1 a. w = z2 víi z = 1 + i , z = -3 + 4i b. w = 2 víi z = 1 - i, z = 1 + i z +1 7. ViÕt d¹ng ®¹i sè cña c¸c sè phøc sau ®©y. a. e1 + i b. Ln(1 + i) c. cos(2 + i) d. sin(2i) 1 h. (−1) i g. (1 - i)3 - 3i e. tg(2 - i) f. i i 8. Chøng minh c¸c c«ng thøc sau ®©y. a. cos(z + z’) = coszcosz’ - sinzsinz’ b. sin2z = 2sinzcosz 2tgz d. ch(2z) = ch2z - sh2z c. tg(2z) = 1 + tg 2 z 9. T×m ¶nh cña miÒn D qua phÐp biÕn h×nh w = f(z) a. w = z2 v D = {-π/2 < Imz < π/2} b. w = 2 + ez v D = {- π < Rez < π} c. w = cosz v D = {-π/2 < Imz < π/2} d. w = shz v D = {-π/2 < Rez < π/2} 10. Cho phÐp biÕn h×nh w = (1 + i)z - 1 a. T×m ¶nh cña ®o¹n th¼ng nèi hai ®iÓm z1 = i v z2 = -i b. T×m ¶nh cña ®−êng trßn | z - (1 + i) | = 2 c. T×m ¶nh cña tam gi¸c cã ®Ønh z0 = 0, z1 = 1 + i v z2 = 1 - i 1 11. T×m ¶nh cña c¸c ®−êng cong sau ®©y qua c¸c phÐp biÕn h×nh w = z a. x2 + y2 = 4 d. (x - 1)2 + y2 = 1 b. x = 1 c. y = x Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 41
  8. Ch−¬ng 2. H m BiÕn Phøc 12. T×m phÐp biÕn h×nh ph©n tuyÕn tÝnh a. BiÕn tam gi¸c cã c¸c ®Ønh 0, 1, i th nh tam gi¸c ®ång d¹ng cã c¸c ®Ønh 0, 2, 1+ i b. BiÕn c¸c ®iÓm -1, +∞, i t−¬ng øng th nh c¸c ®iÓm i, 1, 1 + i c. BiÕn ®iÓm i th nh -i v cã ®iÓm bÊt ®éng l 1 + 2i d. BiÕn h×nh trßn | z | < 1 th nh nöa mÆt ph¼ng Rew > 0 sao cho w(0) = 1, w’(1) = π/2 e. BiÕn h×nh trßn | z | < 1 th nh h×nh trßn | w - 1 | < 1 sao cho w(0) = 1/2, w(1) = 0 13. T×m phÐp biÕn h×nh biÕn c¸c miÒn sau ®©y th nh nöa mÆt ph¼ng trªn Imw > 0 a. Imz > 0, | z | < 2 b. Imz > 0, | z | < 2 d. | z | < 2, 0 < argz < π/3 e. | z | > 2, 0 < argz < π/4 f. | z | < 1, | z - i | 1, | z - i | < 1 h. | z | > 2, | z - 3 | > 1 i. 1 < Rez < 2 k. | z | < 1, 0 < argz < 2π j. Rez > 0, 0 < Imz < 2 l. Mçi trong bèn miÒn giíi h¹n bëi c¸c ®−êng trßn | z | = 1 v | z + 1 | = 1 n. (z) - (-∞, 1] ∪ [1, +∞) m. (z) - [-1, 1] p. (z) - { y = x, x ≥ 0 } o. (z) - [1 + i, 2 + 2i] q. {| z | > 1} - [i, +i∞) r. {| z | < 1} - [1/2, 1] Trang 42 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
  9. Ch−¬ng 3 TÝch Ph©n Phøc §1. TÝch ph©n phøc • Cho miÒn D ⊂ ∀, h m phøc f : D → ∀, z α f(z) = u(x, y) + iv(x, y) v tham sè cung tr¬n tõng khóc γ : [α, β] → D, t α γ(t) = x(t) + iy(t) TÝch ph©n β ∫ f (z)dz = ∫ f[γ(t )]γ ′(t )dt (3.1.1) α γ gäi l tÝch ph©n cña h m phøc f(z) däc theo tham sè cung γ. γ1 : [α1, β1] → D, s α γ1(s) Gi¶ sö l tham sè cung cïng h−íng víi γ. Tøc l cã phÐp ®æi tham sè b¶o to n h−íng ϕ : [α, β] α [α1, β1] víi ϕ’(t) > 0 v γ1(s) = γoϕ(t) Khi ®ã ta cã β1 β ∫ f[ γ(t )]γ ′(t )dt = (s)]γ ′ (s)ds ∫ f[γ 1 1 α α1 Suy ra tÝch ph©n cña h m phøc kh«ng phô thuéc v o líp c¸c tham sè cung cïng h−íng. KÝ hiÖu Γ = γ([α, β]) l ®−êng cong ®Þnh h−íng. TÝch ph©n ∫ f (z)dz = ∫ f (z)dz (3.1.2) Γ γ gäi l tÝch ph©n cña h m phøc f(z) trªn ®−êng cong Γ. NÕu tÝch ph©n (3.1.1) tån t¹i h÷u h¹n th× h m f gäi l kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ. §Þnh lý H m phøc f liªn tôc trªn ®−êng cong Γ tr¬n tõng khóc th× kh¶ tÝch. Chøng minh Gi¶ sö f : D → ∀ liªn tôc v Γ = γ([α, β]) víi γ : [α, β ] → D l tham sè cung tr¬n tõng khóc. Khi ®ã h m foγ(t)γ’(t) liªn tôc tõng khóc nªn kh¶ tÝch trªn ®o¹n [α, β]. • §Ó tÝnh tÝch ph©n phøc, thay γ’(t) = x’(t) + iy’(t) v foγ(t) = u[x(t), y(t)] + iv[x(t), y(t)] = u(t) + iv(t) v o c«ng thøc (3.1.1) råi t¸ch phÇn thùc, phÇn ¶o suy ra c«ng thøc sau ®©y. Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 43
  10. Ch−¬ng 3. TÝch Ph©n Phøc β β ∫ f (z)dz = ∫ [u(t )x ′(t ) − v(t )y′(t )]dt + i ∫ [u(t )y′(t ) + v(t )x ′(t)]dt (3.1.3) Γ α α VÝ dô 1. TÝnh tÝch ph©n I = ∫ z Re zdz víi Γ l ®o¹n th¼ng [1, 2i] Γ 2i Tham sè ho¸ ®o¹n th¼ng [1, 2i] x = t, y = -2t + 2 víi t ∈ [1, 0] Suy ra γ’(t) = 1 - 2i, foγ (t) = t2 + i(-2t2 + 2t) 0 1 -3+ i 0 1 1 I = ∫ [t 2 + i(-2t 2 + 2 t )](1 - 2i )dt = ∫ (3t 2 − 4 t )dt + i ∫ (4 t 2 − 2 t )dt = 3 1 0 0 dz víi Γ l ®−êng trßn | z | = R ®Þnh h−íng d−¬ng ∫z 2. TÝnh tÝch ph©n I = n Γ Tham sè ho¸ ®−êng trßn Γ = (ab) γ(t) = Reit, t ∈ [0, 2π] a≡b Suy ra γ’(t) = iReit, foγ(t) = R-ne-int 2π I = iR 1− n ∫ e i (1− n ) t dt =  2 πi n =1 0 n ≠1  0 §2. C¸c tÝnh chÊt cña tÝch ph©n phøc • Trong môc n y ®Ó ®¬n gi¶n chóng ta xem c¸c h m f, g, ... l liªn tôc trªn miÒn D, cßn Γ = γ([α, β]) víi γ : [α, β] → D l ®−êng cong ®Þnh h−íng, tr¬n tõng khóc v n»m gän trong miÒn D. TÝch ph©n cña h m phøc cã c¸c tÝnh chÊt sau ®©y. 1. TuyÕn tÝnh NÕu c¸c h m f v g kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ th× víi mäi sè phøc λ h m λf + g kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ. ∫ [λf (z) + g(z)]dz = λ ∫ f (z)dz + ∫ g(z)dz (3.2.1) Γ Γ Γ Chøng minh Tõ gi¶ thiÕt suy ra h m [λfoγ(t) + goγ(t)]γ’(t) kh¶ tÝch trªn [α, β] β ∫ [λf (z) + g(z)]dz = ∫ [λfoγ(t ) + goγ(t )]γ ′(t)dt Γ α Trang 44 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
  11. Ch−¬ng 3. TÝch Ph©n Phøc β β = ∫ λfoγ(t )γ ′(t )dt + ∫ goγ(t )γ ′(t )dt = λ ∫ f (z)dz + ∫ g(z)dz α α Γ Γ 2. §Þnh h−íng NÕu h m f kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ+ = (ab) th× h m f còng kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ- = (ba). ∫ f (z)dz ∫ f (z)dz =- (3.2.2) ba ab Chøng minh Tham sè ho¸ Γ+ = γ-([α, β]) víi γ- : [α, β] → D, γ-(t) = γ(-t + α + β) Tõ gi¶ thiÕt suy ra h m foγ-(t)γ-’(t) kh¶ tÝch trªn [α, β]. β β ∫ foγ(-t + α + β)γ ′(-t + α + β)dt = - ∫ foγ(s)γ ′(s)ds ∫ f (z)dz = - Γ− α α 3. HÖ thøc Chasles NÕu h m f kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ = (ab) th× víi mäi c ∈ Γ h m f kh¶ tÝch trªn c¸c ®−êng cong Γ1 = (ac) v Γ2 = (cb). ∫ f (z)dz + ∫ f (z)dz = ∫ f (z)dz (3.2.3) ac cb ab Chøng minh Gi¶ sö c = γ(ε) víi ε ∈ [α, β]. Tham sè ho¸ Γ1 = γ1([α, ε]) víi γ1 : [α, ε] → D, γ1(t) = γ(t) Γ2 = γ2([ε, β]) víi γ2 : [ε, β] → D, γ2(t) = γ(t) Tõ gi¶ thiÕt suy ra h m foγ1(t)γ1’(t) kh¶ tÝch trªn [α, ε] v foγ1(t)γ1’(t) kh¶ tÝch trªn [ε, β]. β β ε (t )γ 1 (t )dt + ∫ foγ 2 (t )γ ′ (t )dt = ′ ∫ foγ(t )γ ′(t )dt ∫ foγ 1 2 α ε α 4. ¦íc l−îng tÝch ph©n KÝ hiÖu s(Γ) l ®é d i cña ®−êng cong Γ. NÕu h m f kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ th× h m | f(z) | kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ. ∫ f (z)dz ∫ f (z) ds ≤ supΓ | f(z) | s(Γ) ≤ (3.2.4) Γ Γ Chøng minh Tõ gi¶ thiÕt suy ra h m foγ(t)γ’(t) kh¶ tÝch trªn [α, β]. KÕt hîp c«ng thøc (3.1.3) víi c«ng thøc tÝch ph©n ®−êng lo¹i 1 suy ra β β ∫ foγ(t ) γ ′(t ) dt = ∫ f (z) ds ∫ foγ(t )γ ′(t)dt ∫ f (z)dz ≤ = Γ α Γ α Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 45
  12. Ch−¬ng 3. TÝch Ph©n Phøc 5. Liªn hÖ tÝch ph©n ®−êng NÕu h m f(z) = u(x, y) + iv(x, y) kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ th× c¸c h m u(x, y) v v(x, y) kh¶ tÝch trªn ®−êng cong Γ. ∫ f (z)dz = ∫ u(x, y)dx − v(x, y)dy + i ∫ v(x, y)dx + u(x, y)dy (3.2.5) Γ Γ Γ Chøng minh Tõ gi¶ thiÕt suy ra c¸c h m u(t) v v(t) kh¶ tÝch trªn [α, β]. KÕt hîp c«ng thøc (3.1.3) víi c«ng thøc tÝch ph©n ®−êng lo¹i 2 suy ra c«ng thøc (3.2.5) C«ng thøc Newton-Leibniz H m gi¶i tÝch F(z) gäi l nguyªn h m cña h m f(z) trªn miÒn D nÕu ∀ z ∈ D, F’(z) = f(z) Cho h m f(z) cã nguyªn h m l F(z) v Γ = (ab). Khi ®ã ta cã ∫ f (z)dz = F(b) - F(a) (3.2.6) ab Chøng minh Tõ gi¶ thiÕt suy ra h m Foγ(t) l nguyªn h m cña foγ(t) trªn [α, β]. KÕt hîp c«ng thøc (3.1.1) v c«ng thøc Newton - Leibniz cña tÝch ph©n x¸c ®Þnh. β ∫ f (z)dz = ∫ f[γ(t )]γ ′(t )dt = Foγ(β) - Foγ(α) α ab dz víi Γ l ®−êng trßn | z | = R ®Þnh h−íng d−¬ng ∫z VÝ dô TÝnh tÝch ph©n I = n Γ Ta cã Γ = (ab) víi a = Re , b = Rei2π i0 Víi n ≠ 1 h m f(z) = 1n cã nguyªn h m F(z) = 1 z 1− n suy ra I = F(b) - F(a) = 0 1− n z Víi n = 1 h m f(z) = 1 cã nguyªn h m F(z) = Lnz. Tuy nhiªn h m logarit chØ x¸c ®Þnh z ®¬n trÞ trªn ∀ - (-∞, 0]. V× vËy I = Ln1(ei2π) - Ln0(ei0) = 2πi §3. §Þnh lý Cauchy §Þnh lý Cho h m f gi¶i tÝch trªn miÒn D ®¬n liªn v ®−êng cong Γ ®¬n, kÝn, tr¬n tõng khóc, ®Þnh h−íng d−¬ng v n»m gän trong miÒn D. Khi ®ã ta cã ∫ f (z)dz = 0 (3.3.1) Γ Chøng minh KÝ hiÖu DΓ ⊂ D l miÒn ®¬n liªn cã biªn ®Þnh h−íng d−¬ng l ®−êng cong Γ. §Ó ®¬n gi¶n ta xem h m f(z) = u(x, y) + iv(x, y) víi c¸c h m u v v cã ®¹o h m liªn tôc trªn D. Trang 46 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
  13. Ch−¬ng 3. TÝch Ph©n Phøc ¸p dông c«ng thøc (3.2.5), c«ng thøc Green v ®iÒu kiÖn Cauchy-Riemann. ∫ f (z)dz = ∫ (udx − vdy) + i ∫ (vdx + udy) Γ Γ Γ ∂v ∂u ∂u ∂v ∫∫ (− ∂x − ∂y )dxdy + i ∫∫ ( ∂x − ∂y )dxdy = 0 = DΓ DΓ Chó ý H m f gi¶i tÝch kh«ng ®ñ ®Ó c¸c h m u v v cã ®¹o h m riªng liªn tôc. Do ®ã viÖc chøng minh ®Þnh lý Cauchy thùc ra phøc t¹p h¬n rÊt nhiÒu. B¹n ®äc quan t©m ®Õn phÐp chøng minh ®Çy ®ñ cã thÓ t×m ®äc ë c¸c t i liÖu tham kh¶o. HÖ qu¶ 1 Cho miÒn D ®¬n liªn cã biªn ®Þnh h−íng d−¬ng l ®−êng cong ®¬n, kÝn, tr¬n tõng khóc v h m f liªn tôc trªn D , gi¶i tÝch trong D. ∫ f (z)dz = 0 (3.3.2) ∂D Chøng minh Theo ®Þnh nghÜa tÝch ph©n, ta cã thÓ xem tÝch ph©n trªn ∂D nh− l giíi h¹n cña tÝch ph©n trªn ®−êng cong Γ ®¬n, kÝn, tr¬n tõng khóc, ®Þnh h−íng d−¬ng, n»m gän trong miÒn D v dÇn ®Õn ∂D. HÖ qu¶ 2 Cho miÒn D ®a liªn cã biªn ®Þnh h−íng d−¬ng gåm h÷u h¹n ®−êng cong ®¬n, kÝn, tr¬n tõng khóc v h m f liªn tôc trªn D , gi¶i tÝch trong D. ∫ f (z)dz (3.3.3) ∂D Chøng minh Gi¶ sö miÒn D ®a liªn v chóng ta c¾t miÒn D b»ng c¸c cung (ab) v (cd) nhËn ®−îc miÒn ®¬n liªn D1 nh− a b c d h×nh bªn. Ta cã ∂D1 = ∂D + (ab) + (ba) + (cd) + (dc) KÕt hîp hÖ qu¶ 2 v tÝnh ®Þnh h−íng, tÝnh céng tÝnh cña tÝch ph©n ∫ f (z)dz = ∫ f (z)dz + ∫ f (z)dz + ∫ f (z)dz + ∫ f (z)dz + ∫ f (z)dz = ∫ f (z)dz 0= ∂D ∂D ∂D 1 ab ba cd dc HÖ qu¶ 3 Cho miÒn D ®a liªn cã biªn ®Þnh h−íng d−¬ng gåm h÷u h¹n ®−êng cong ®¬n, kÝn, tr¬n tõng khóc ∂D = L+ + L− + ... + L−n v h m f liªn tôc trªn D , gi¶i tÝch trong D. 0 1 n ∑ ∫ f (z)dz ∫ f (z)dz = (3.3.4) k =1 L k L0 Chøng minh Suy ra tõ c«ng thøc (3.3.3) v tÝnh ®Þnh h−íng, tÝnh céng tÝnh cña tÝch ph©n. Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 47
  14. Ch−¬ng 3. TÝch Ph©n Phøc HÖ qu¶ 4 Cho h m f gi¶i tÝch trong miÒn D ®¬n liªn. Khi ®ã tÝch ph©n ∫ f (ζ)dζ víi a, z ∈ D (3.3.5) az kh«ng phô thuéc ®−êng cong ®¬n, tr¬n tõng khóc, nèi a víi z v n»m gän trong miÒn D. Chøng minh Gi¶ sö (amb) v (anb) l hai ®−êng cong ®¬n, tr¬n tõng n khóc, nèi a víi z v n»m gän trong D. Khi ®ã (amzna) l z ®−êng cong ®¬n, tr¬n tõng khóc, kÝn v n»m gän trong D. a m Tõ c«ng thøc (3.3.1) v tÝnh céng tÝnh ∫ f (ζ)dζ = ∫ f (ζ)dζ ∫ f (ζ)dζ 0= + amzna amz zna ChuyÓn vÕ v sö dông tÝnh ®Þnh h−íng suy ra ∫ f (ζ)dζ ∫ f (ζ)dζ = amz anz HÖ qu¶ 5 Cho h m f gi¶i tÝch trªn miÒn D ®¬n liªn v a ∈ D. Khi ®ã h m z F(z) = ∫ f (ζ )dζ víi z ∈ D (3.3.6) a l nguyªn h m cña h m f trong miÒn D v F(a) = 0. Chøng minh Theo c«ng thøc (3.3.5) h m F x¸c ®Þnh ®¬n trÞ trªn miÒn D v F(a) = 0. Ngo i ra víi mäi (z, h) ∈ D × ∀ sao cho [z, z + h] ⊂ D z+h F(z + h) − F(z) 1 ∫ (f (ζ) − f (z))dζ ≤ sup{| f(ζ) - f(z) | : ζ ∈ [z, z + h]} − f (z) = h h z 0 → 0  h→ Suy ra h m F gi¶i tÝch trong D v F’(z) = f(z). §4. C«ng thøc tÝch ph©n Cauchy Bæ ®Ò Cho ®−êng cong Γ ®¬n, kÝn, tr¬n tõng khóc, ®Þnh h−íng d−¬ng v D = DΓ. Khi ®ã ta cã 1 a ∈ D 1 dz ∫ z − a = 0 a ∉ D ∀ a ∈ ∀ - Γ, IndΓ(a) = (3.4.1) 2 πi  Γ H m IndΓ(a) gäi l chØ sè cña ®iÓm a ®èi víi ®−êng cong Γ. Chøng minh Trang 48 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
  15. Ch−¬ng 3. TÝch Ph©n Phøc 1 Víi a ∉ D , h m f(z) = liªn tôc trªn D , gi¶i tÝch trong D. Theo c«ng thøc (3.3.2) z−a tÝch ph©n cña h m f trªn ®−êng cong kÝn Γ b»ng kh«ng. Víi a ∈ D, kÝ hiÖu B = B(a, δ) ⊂ D, S = ∂B+ l ®−êng trßn t©m a, S a b¸n kÝnh δ, ®Þnh h−íng d−¬ng v D1 = D - B. H m f(z) liªn tôc Γ D trªn D 1 , gi¶i tÝch trong D1 theo c«ng thøc (3.3.4) v c¸c vÝ dô trong §1. dz dz ∫z−a = ∫z−a = 2πi Γ S §Þnh lý Cho h m f gi¶i tÝch trong miÒn D v ®−êng cong Γ ®¬n, kÝn, tr¬n tõng khóc, ®Þnh h−íng d−¬ng sao cho DΓ ⊂ D. Khi ®ã ta cã 1 f (z) ∫ z − a dz ∀ a ∈ D - Γ, IndΓ(a)f(a) = (3.4.2) 2 πi Γ C«ng thøc (3.4.2) gäi l c«ng thøc tÝch ph©n Cauchy. Chøng minh  f (z ) − f (a )  z ≠ a gi¶i tÝch trong miÒn D. Tõ gi¶ thiÕt suy ra h m g(z) =  z − a f ′(a ) z=a  Sö dông c«ng thøc (3.3.1) ta cã f (z) f (a ) 0 = ∫ g(z )dz = ∫ dz − ∫ dz Γ z −a Γ z −a Γ KÕt hîp víi c«ng thøc (3.4.1) suy ra c«ng thøc (3.4.2) HÖ qu¶ 1 Cho miÒn D cã biªn ®Þnh h−íng d−¬ng gåm h÷u h¹n ®−êng cong ®¬n, kÝn, tr¬n tõng khóc v h m f liªn tôc trªn D , gi¶i tÝch trong D. f (ζ ) 1 ∫D ζ − z dζ ∀ z ∈ D, f(z) = (3.4.3) 2πi ∂ Chøng minh NÕu D l miÒn ®¬n liªn th× biªn ∂D l ®−êng cong Γ ®Þnh h−íng d−¬ng, ®¬n, kÝn v tr¬n tõng khóc. LËp luËn t−¬ng tù nh− trong chøng minh ®Þnh lý v sö dông c«ng thøc (3.3.2) thay cho c«ng thøc (3.3.1) NÕu D l miÒn ®a liªn biÕn ®æi miÒn D th nh miÒn D1 ®¬n liªn nh− trong hÖ qu¶ 2, §3. Sau ®ã sö dông kÕt qu¶ ® biÕt cho miÒn ®¬n liªn, tÝnh céng tÝnh v tÝnh ®Þnh h−íng cña tÝch ph©n. NhËn xÐt Theo c¸c kÕt qu¶ trªn th× gi¸ trÞ cña h m gi¶i tÝch trong miÒn D ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c gi¸ trÞ cña nã trªn biªn ∂D. Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 49
  16. Ch−¬ng 3. TÝch Ph©n Phøc HÖ qu¶ 2 Cho ®−êng cong Γ ®¬n, kÝn, tr¬n tõng khóc, ®Þnh h−íng d−¬ng v h m f liªn tôc trªn D Γ , gi¶i tÝch trong DΓ. f (z) ∫ z − a dz ∀ a ∈ DΓ, = 2πif(a) (3.4.4) Γ Chøng minh Suy ra tõ c«ng thøc (3.4.3) dz ∫z víi Γ l ®−êng trßn ®Þnh VÝ dô TÝnh tÝch ph©n I = −1 2 Γ h−íng d−¬ng | z | = 3. Theo c«ng thøc (3.3.4) 3 1 -1 1 1 I = ∫ z − 1 dz + z +1 ∫ =1 z − 1 dz = I1 + I2 z +1 z +1 =1 z −1 1 tho¶ m n c«ng thøc (3.4.4) trong ®−êng trßn | z + 1 | = 1 suy ra H m f(z) = z −1 I1 = 2πif(-1) = -πi 1 tho¶ m n c«ng thøc (3.4.4) trong ®−êng trßn | z - 1 | = 1 suy ra H m g(z) = z +1 I2 = 2πig(1) = πi VËy I = -πi + πi = 0 §5. TÝch ph©n Cauchy • Cho ®−êng cong ®Þnh h−íng Γ ®¬n, tr¬n tõng khóc v h m f liªn tôc trªn Γ. TÝch ph©n f (ζ ) 1 ∫ ζ − z dζ víi z ∈ D = ∀ - Γ F(z) = (3.5.1) 2 πi Γ gäi l tÝch ph©n Cauchy däc theo ®−êng cong Γ. §Þnh lý H m F(z) l gi¶i tÝch v cã ®¹o h m mäi cÊp trªn miÒn D. Khi ®ã ta cã f (ζ ) n! ∫ ( ζ − z ) n +1 d ζ ∀ (n, z) ∈ ∠ × D, F(n)(z) = (3.5.2) 2 πi Γ Chøng minh Do h m f liªn tôc trªn Γ v z ∉ Γ nªn h m F x¸c ®Þnh ®¬n trÞ trªn miÒn D. Trang 50 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
26=>2