复变函数-幅角原理及其应用
复变函数的应用
复变函数的应用数学与应用数学班数学是一门很抽象的学科,而复变函数更是如此,如果直接想象很难和实际联系起来。
经过两年的大学学习就目前学习的知识而言,感觉和复变函数联系比较紧密的是有两方面,一是电流方面;二是在信号方面。
我们日常中的电流都是交流三相的,而相位如果通过三角函数计算的话较为复杂和抽象,很多工程问题无法解决,引入虚数则较大简化了计算的过程,是很多工程问题迎刃而解。
可以通过RCL电路我们也用虚数去处理相角关系,但电感本身并不是虚的。
这是人为的定义,但这也在一定意义上揭示了虚数有可能存在的某些物理特征。
成功而且巧妙的解决了电流的相位问题。
我们打电话,发短信是通过电磁波传递信号,在信号方面也极大的应用了复变函数。
信号分析和其他领域使用复数可以方便的表示周期信号。
模值|z|表示信号的幅度,辐角arg(z)表示给定频率的正弦波的相位。
利用傅立叶变换可将实信号表示成一系列周期函数的和。
这些周期函数通常用形式如下的复函数的实部表示:其中ω对应角频率,复数z包含了幅度和相位的信息。
于是当我们要的信息得以传递。
所以,不管是我们使用家用电器,用手机问候远方的朋友,还是使用卫星电视观看电视剧,我们无时无刻不在接触着这位很抽象而无处不在的朋友——复变函数。
一、复变函数的简介复数的概念起源于求方程的根,在二次、三次代数方程的求根中就出现了负数开平方的情况,它的一般形式是:bia ,其中i是虚数单位。
多复分析是数学中研究多个复变量的全纯函数的性质和结构的分支学科,它和单复变函数有着很强的渊源,但其特有的困难和复杂性,导致在研究的重点和方法上,都和单复变函数论有明显的区别.因为多复变全纯函数的性质在很大程度上由定义区域的几何和拓扑性质所制约,因此,其研究的重点经历了一个由局部性质到整体性质的逐步的转移.它广泛地使用着微分几何学、代数几何、拓扑学、微分方程等相邻学科中的概念和方法,不断地开辟前进的道路,更新和拓展研究的内容和领域。
高等数学中的复变函数及其应用
高等数学中的复变函数及其应用1.引言高等数学是理工科学生必修的一门重要课程,其中的复变函数更是数学中一门非常重要的分支。
复变函数是用复数集作为自变量和因变量的函数,它们具有非常丰富的性质,在物理、工程等领域中有着广泛的应用。
2.复数及其表示复数是由实数和虚数构成的数,它被表示为a + bi的形式,其中a是实数部分,b是虚数部分,i是虚数单位,即i²=-1。
复数也可以用极坐标表示,即r(cosΘ + i sinΘ),其中r是模长,Θ是辐角。
3.复变函数的定义与性质复变函数是将复数映射到复数的函数,即f(z)=u(x,y)+iv(x,y),其中u(x,y)和v(x,y)是实变量函数,z=x+iy是复数。
虚部和实部也分别称为复变函数的虚部和实部。
复变函数的导数被称为复变函数的导函数,它定义为极限lim(z→0) (f(z+h)-f(z))/h,通过一系列运算可以证明:当复变函数f(z)可导时,它的导函数存在,且它一定满足柯西-黎曼方程(即实部的偏导数等于虚部的负偏导数),反之亦然。
4.柯西定理和柯西公式柯西定理是复分析中最基本的定理之一,它指出:如果在区域D内f(z)是可导的,则任何简单闭曲线C都满足∮ f(z)dz=0,其中∮表示对C积分。
柯西公式是柯西定理在更一般的场合下的推论,它指出:如果在区域D内f(z)是可导的,则对于D内C的内部点a,有f(a)=1/2πi ∮f(z)/(z-a) dz,其中∮表示对C积分。
5.解析函数解析函数是在一个区域内无处不可导的函数,它具有以下性质:(1)具有唯一性,即在一个区域内,如果两个函数在区域内的每个点都可导且导数相等,则这两个函数相等。
(2)可分离实部和虚部,即若f(z)=u(x,y)+iv(x,y)是解析函数,则它的实部u(x,y)和虚部v(x,y)都是调和函数,即满足在区域内的拉普拉斯方程u(x,y)和v(x,y)的偏导数等于零。
(3)具有最大模原理,即如果f(z)是区域D内的解析函数,其在D的一部分上取得了最大值,则它必须在该区域的边界上取得最大值。
复变函数第四象限的点幅角
复变函数第四象限的点幅角复变函数第四象限的点幅角是复数在复平面中的位置和角度,是复数理论中的重要概念。
在复数理论中,复变函数是指将复数作为自变量的函数,其定义域和值域都是复数集合。
复数可以用直角坐标系中的点表示,也可以用极坐标系中的幅角表示。
在第四象限内的复数,其实部和虚部都是负数,表示在直角坐标系中位于第四象限的点。
复数可以表示为z = x + yi的形式,其中x为实部,y为虚部,i为虚数单位。
在复平面中,复数z对应于点(x, y),并且可以用极坐标形式表示为z = r(cosθ + isinθ),其中r为复数的模,θ为幅角。
在第四象限内的复数,其幅角θ在π/2到π之间。
复变函数的第四象限的点幅角对于分析和理解复变函数的性质和行为具有重要意义。
在复平面内,复数的幅角决定了其在平面内的方向和位置,而模则决定了其到原点的距离。
通过分析复变函数在第四象限内的点幅角,可以帮助我们理解复变函数的奇偶性、周期性和对称性,对于绘制函数图像、求解方程和积分等具有重要作用。
在复变函数的研究中,第四象限的点幅角还可以引申出许多重要的概念和定理,例如复数的共轭、幂函数的性质、指数函数的图像等。
通过深入研究复变函数的第四象限的点幅角,可以更好地理解复数理论的内涵和复杂性,为解决实际问题提供有力的数学工具。
从个人的观点和理解来看,复变函数第四象限的点幅角是复数理论中的重要概念,对于理解和运用复变函数具有重要意义。
通过对复变函数第四象限的点幅角进行深入分析,可以更好地理解复数的性质和行为,为数学建模、信号处理和物理问题的求解提供有力支持。
在总结回顾本文内容时,需要强调复变函数第四象限的点幅角在复数理论中的重要性,以及对复数性质和行为的影响。
并且强调复变函数第四象限的点幅角对于解决实际问题具有重要意义,可以为数学建模、信号处理和物理问题的求解提供有力支持。
总结回顾时还要提到本文强调了对复变函数第四象限的点幅角进行深入分析的重要性,以及通过深入研究可以更好地理解和运用复数理论,为数学建模和实际问题的求解提供重要支持。
三角函数的幅角与辐角
三角函数的幅角与辐角三角函数是数学中重要的一类函数,其幅角和辐角是两个与之相关的概念。
在本文中,我们将对三角函数的幅角和辐角进行详细的介绍和解释。
一、幅角的定义和性质1. 幅角的定义:对于一个复数z=a+bi(其中a和b为实数,i为虚数单位),其幅角表示与实轴正向的夹角,通常用Φ表示。
幅角的取值范围是[-π, π]。
2. 幅角的性质:幅角表示的是一个向量或复数相对于实轴正向的旋转方向和旋转角度,具有以下性质:- 如果z的幅角为Φ,则z的复共轭的幅角为-Φ;- 如果z1和z2的幅角分别为Φ1和Φ2,则它们的乘积的幅角为Φ1+Φ2;- 如果z的幅角为Φ,则z的n次幂(n为整数)的幅角为nΦ。
二、辐角的定义和性质1. 辐角的定义:对于一个复数z=a+bi,其辐角表示与正实数轴正向的夹角,通常用θ表示。
辐角的取值范围是[0, 2π)。
2. 辐角的性质:辐角表示的是一个复数相对于正实数轴正向的旋转方向和旋转角度,具有以下性质:- 对于一个复数z=a+bi,其辐角θ和幅角Φ的关系是θ=Φ+2kπ(k为整数);- 如果z=a+bi和z'=a'+b'i的辐角分别为θ和θ',则它们的乘积的辐角为θ+θ'。
三、幅角和辐角的关系1. 对于一个复数z=a+bi,其幅角和辐角满足以下关系:- 如果b≥0,则幅角Φ=辐角θ;- 如果b<0,则幅角Φ=辐角θ+2π。
2. 根据幅角和辐角的关系,我们可以得到以下结论:- 当b≥0时,幅角和辐角相等,也就是说复数的辐角就是它的幅角;- 当b<0时,幅角和辐角相差2π,也就是说复数的幅角等于辐角减去2π。
四、幅角和辐角的应用幅角和辐角是三角函数的重要概念,在解析几何、信号处理、电路分析等领域都有广泛应用。
例如,在三角函数的运算中,幅角和辐角的性质可以用来简化计算和推导过程;在信号处理中,幅角和辐角常用于描述信号相位特性;在电路分析中,幅角和辐角可以用来求解电流和电压的相位关系。
幅角基本知识及其应用
f (z) z a g(z)
g(z)
由此,a为 f '(z) 一阶极点且Res[ f '(z) ,a] = n。
f (z)
f (z)
4
引例2 设b为f (z)的m阶零点,证明:b 为 f '(z) 一阶极点
f (z) 且Res[ f '(z) ,a] = -m。
f (z)
证明 b为f(z)的m级极点,则在b的去心邻域内有
2 i
d ln
C
f (z)
1
2 i
[ dln
C
|
f
(z)
| i d arg
C
f
(z)]
C arg f (z)
2
7
二、幅角原理
定理2 设C一条周线,f(z)符合条件:1 f(z)在C内是亚纯的; 2 f(z)在C上解析且不为零,则有
N( f ,C) P( f ,C) C arg f (z)
零点数为: N f ,C 3
6
定理1 设C一条周线,f(z)符合条件:1 f(z)在C内是亚纯的; 2 f(z)在C上解析且不为零,则有
另一dz f (z)
N( f ,C) P(
f ,C)
1
2 i
C
f '(z) dz f (z)
1
2 i
d
C
dz
[lnf
(
z)]dz
1
arg P iy n
y( )
9
10
三、儒歇(Rouché)定理
z在C上时有:(z) f (z)
11
儒歇定理
(z) f (z)
注:儒歇定理的 典型用途之一是将一个复杂的解析函数g同
复变函数第六章留数理论及其应用知识点总结
第六章留数理论及其应用§ 1.留数1. (定理6.1柯西留数定理):dz = 2 mJc£=i2. (定理6.2):设a为f⑵的m阶极点,事(町(…尸’其中響:刃在点a解析,梓丄0,贝U3. (推论6.3):设a为f(z)的一阶极点,Re^f(z),a) = <p(a)4. (推论6.4):设a为f⑵的二阶极点® ⑴=(Z-A)V(«)则5. 本质奇点处的留数:可以利用洛朗展式6. 无穷远点的留数:RES(F(R「8)=霜/严f(z)dz=- j即,血血垃S)等于f⑵在点的洛朗展式中这一项系数的反号7. (定理6.6)如果函数f(z)在扩充z平面上只有有限个孤立奇点(包括无穷远点在内),设为则f(z)在各点的留数总和为零。
注:虽然f(z)在有限可去奇点a处,必有Z畑⑴°,但是,如果点为f(z)的可去奇点(或解析点),则血昭⑵妙)可以不为零。
8. 计算留数的另一公式:(昭詞§ 2•用留数定理计算实积分Q R(cos^,sin&)M型和分—引入注:注意偶函数1. (引理6.1大弧引理):»上limzf(z)= X则limH'J-M B2. (定理6.7) 设f(-器梯理分式,其中P(z) = e o z m + 耳厂,+ + c m(c0丰 0)QCz) = b Q x n + %0勺 + * + 丰 0)为互质多项式,且符合条件:(1)n-m >2;(2)Q(z股有实零点于是有f(x)dx — 2ui工Res(f(z)t au}Jrtiajt >0注:以fg可记为PM广;«x)dx丿;黔厂心型积分3. (引理6.2若尔当引理):设函数g(z)沿半圆周5£=恥叫0彰"・丘充金走上连续,且lim鸟⑵=0在「里上一致成立。
则lim f幻(胡叫E = o■ rn4. (定理6.8):设車勿=話,其中P(z)及Q(z)为互质多项式,且符合条件:(1) Q 的次数比P 高;(2) Q 无实数解;(3) m>0特别的,上式可拆分成:及四. 计算积分路径上有奇点的积分5. (引理6.3小弧引理):S m 询lim(z-a)f (2)=X r-+D于5'r 上一致成立,则有limf /wdz=i (02-五. 杂例六. 应用多值函数的积分§ 3.辐角原理及其应用即为:求解析函数零点个数 f'M2.(引理6.4):( 1)设a为f(z)的n 阶零点,贝U a 必为函数 的一阶极点,并且(2)设b 为f(z)的m 阶极点,贝U b 必为函数的一阶极点,并且Res 2ni1 X) Res{ff (2je in ^f a^则有1.对数留数:3. (定理6.9对数留数定理):设C 是一条周线,f(z)满足条件:(1) f(z)在 C 的内部是亚纯的;(2) f(z)在 C 上解析且不为零。
辐角原理的证明及应用
辐角原理的证明及应用辐角原理是复变函数论的重要概念之一,它描述了一个函数在一个区域内辐角的变化性质。
辐角原理的证明主要基于复变函数的性质以及Cauchy-Riemann方程的推导。
下面我将详细介绍辐角原理的证明以及其应用。
首先,我们先回顾一下辐角的概念。
对于一个非零复数z,它可以表示为z = re^(i θ),其中r是z的模,θ是z的辐角。
辐角可以通过tanθ= Im(z)/Re(z)来计算。
对于复平面上的一个闭合曲线γ,它围绕原点o旋转了一周,辐角变化的总数为2π的整数倍。
现在我们来证明辐角原理。
设f(z)是一个在一个简单连通域D内的解析函数,且γ是D内的一条简单闭合曲线。
我们要证明γ围成的区域G内f(z)的辐角变化的总数等于围绕原点o旋转的总数。
首先,我们可以将γ参数化表示为z(t),其中0 ≤t ≤1。
假设z(t)的辐角逐渐增加。
由于f(z)是解析函数,那么f(z(t))也是解析函数。
根据链式法则,f'(z(t)) = dz(t)/dt * f'(z(t))。
我们可以将f(z(t))的辐角表示为Arg(f(z(t))),即f(z(t)) = f(z(t))e^(iArg(f(z(t))))。
类似地,我们可以将dz(t)/dt的辐角表示为Arg(dz(t)/dt)。
由于f(z(t))是解析函数,所以f'(z(t))是连续函数,并且f'(z(t)) ≠0。
假设当t =t0时,f'(z(t0))的辐角为α,而当t = t1时,f'(z(t1))的辐角为β。
那么由辐角连续性可知α- β≤Arg(f'(z(t))) ≤α+ β。
现在我们来考虑z(t)的辐角。
由于γ是闭合曲线,所以z(0) = z(1)。
设z(t0)和z(t1)是两个相继点,其辐角分别为θ0和θ1。
那么有θ1 - θ0 ≤Arg(dz(t)/dt) ≤θ1 + θ0 。
将以上两个不等式结合起来,我们有α- β≤Arg(f'(z(t))) ≤α+ β,且θ1 - θ0 ≤Arg(dz(t)/dt) ≤θ1 + θ0 。
奈奎斯特稳定判据
s jw
w 0
F(s)平面上的映射是这样得到的:
① 以 s = jw 代入F(s),令w 从0→∞变化,得第一部分的映射;
② 以 s=R·ej 代入F(s),令R→∞, :
,得第二部分的映射;
22
③ 以 s = jw 代入F(s),令w从-∞→0 ,得第三部分的映射。
得到映射曲线后,就可由柯西辐角定理计算 N = Z-P,式中Z、P是F(s)在s右 半平面的零点数和极点数。
令: G(s) M1(s) , H (s) M 2 (s)
N1 ( s)
N2 (s)
R(s)
C(Hale Waihona Puke )G(s)H (s)
则开环传递函数为:
闭环传递函数为:
16
Gk
(s)
M1(s)M 2 (s) N1(s)N2 (s)
(s) M1N2 M1M 2 N1N2
…………… (a) …………… (b)
将闭环特征式与开环特征式之比构成一个复变函数,得:
j 1
j 1
向量的幅值为
m
K s1 zi
F(s1)
i 1 n
s1 p j
5 j1
向量的相角为
m
n
F(s1) (s1 zi ) (s1 p j )
i1
j1
Im S平面
•
Re
6
Im
•
F(s)
(s)
F(s)平面 Re
当S平面上动点s从s1经过某曲线CS到达s2,映射到F(s)平面上也将是一段曲线CF ,该 曲线完全由F(s)表达式和s平面上的曲线CS决定。若只考虑动点s从s1到达s2相角的变 化量,则有
22
[奈奎斯特稳定判据]:若系统的开环传递函数在右半平面上有P个极点,且开环频率
辐角原理及其应用
解 设f (z) z10 1, 则f (z)在 z 4上解析且不等于零,
f (z)在 z 4内部解析,有10个零点,
故 1
2 i
z
4
z9 z10 1
dz
1 10
1
2 i
(z10 1)' dz z 4 z10 1
1
{N ( f ,C) P( f ,C)}
10
1 {10 0} 1. 10
f (z) 的一阶极点,且 f (z)
Re s[ za
f (z)] f (z)
n.
(2) 若b为f (z)的m阶极点,则在点b的邻域内有
f
(z)
h(z) (z b)m
,
3
f
(z)
h(z) (z b)m
,
其中h(z)在点b的邻域内解析,且h(b) 0.于是
f
'(z)
mh( z ) (z b)m1
内的充要条件是 y( ) arg P(iy) n.
即当点z自下而上沿虚轴从点走向点的过程中, P(z) 绕原点转 n 圈.
2
14
证明 令周线CR由
R : z Rei
2
2
y
及虚轴上从Ri到 Ri的有向线段所构成,
Ñ 1 2πi
f ((t)) ' (t)dt f ((t))
1 2πi
' (t)
dt
(t)
1
2 i
dw w
由于 1 沿任意一条围绕原点的周线正向积分为2 i,
w
负向积分为 2 i,任意一不围绕原点的周线积分为0.
从而
1
2
i
Ñ
dw为围绕原点的正向圈数与负向圈 w
复变函数在数学中的应用
∫ I =
2π 0
p
dθ (2 cos
θ
)
>
0
做变换 z = cosθ +i sin θ ,则 2 cosθ = z + z−1 及dz = izdθ ,于是上述积分等 价于下述单位圆周上的积分:
∫ ∫ I = 1 i
|z |=1
dz zp(z +
z −1 )
=
1 i
z n−1dz |z|=1 zn p(z + z−1)
证明:思路是反证法,假设在原点的某个邻域内存在C1 解w . 我们将w 分解成
关于x 的奇部与偶部之和w = u +v ,其中u 关于x 是奇部。
由 f (x , y) = f (−x , y) 可知
∂u ∂x
+
ix
∂u ∂y
=
f
(x
,
y)
上述偏微分方程在x ≥ 0 处成立且满足u(0 , y) = 0 .
∪ 又
∞
D n=1 n
在 R2 中的余集是连通的且s = 0
时u = 0.
利用解析函数的唯一性定
理可知在圆盘 Dn 之外u = 0 . 特别地,在每一个圆盘 Dn 的边界 ∂Dn 上 u |∂Dn = 0
但是,利用格林公式有
0
=
∫ ∂Dn
udy −ixudx
=
∫∫Dn
⎜⎜⎝⎜⎛
∂u ∂x
+ ix
∂u ∂y
复变函数教材中收录的代数基本定理证明方法通常是刘维尔定理和幅角原 理,前者应该是已知的最简单证明了,不过这两个定理本身用到了较深的定理。 复变函数中的柯西定理相当于微积分中的牛顿-莱布尼茨公式,算是最基本的分 析定理了。数学就是如此,理论越深,证明过程反而简单了(当然,门槛也高)。
复变函数6.3 辐角原理及其应用
的一级极点,且
f '( z ) Re s m z b f (z)
证 如a为f(z)的n级零点,则在点a的邻域内有
f ( z ) ( z a ) g ( z ),
n
其中g(z)在点a的邻域内解析,且g(a)≠0.于是
f '( z ) n( z a ) n 1 g ( z ) ( z a ) n g '( z ),
(z) c arg 1 0. f (z)
推论1: 设n次多项式 p(z)=a0zn+…+ atzn-t+…+an(a0≠0) 满足条件:|at|>|a0|+…+ |at-1|+ |at+1+ …+|an| 则p(z)在单位圆|z|<1内有n-t个零点 证:令f(z)= atzn-t, (z)=a0zn+…+ at-1zn-t+1+ at+1zn-t-1 +…+an 则f(z)与(z)均在闭单位圆域|z|≤1上解析,而且在单位 圆周 |z|=1上有: |f(z)|= |at|>|a0|+…+ |at-1|+ |at+1+ …+|an|≥|(z)| 由儒歇定里得p(z)=f(z)+(z)与f(z)在单位圆内有同样多 的零点,即为n-t个
C
2 i
1
f ( z ) f (z)
C
dz
i 2 i
C arg f ( z )
C arg f ( z ) 2
例6.21 设f(z)=(z-1)(z-2)2(z-4),C: |z|=3,试验证 辐角原理
《复变函数》课程教学大纲
《复变函数》课程教学大纲适用专业:数学与应用数学执笔人:王小灵审定人:王宏勇系负责人:张从军南京财经大学应用数学系《复变函数》课程教学大纲课程代码:200072英文名:Complex Variable Function课程类别:专业选修课适用专业:数学与应用数学前置课:数学分析后置课:概率论、数学物理方程、偏微分方程学分:2学分课时:54课时主讲教师:王小灵等选定教材:钟玉泉,复变函数论(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2003.课程概述:复变函数的主要内容是讨论复数之间的相互依赖关系,其主要研究对象是解析函数。
复变函数是在数学分析的基础上,复变函数又称复分析,也称为解析函数论.是实变函数微积分的推广和发展。
因此它不仅在内容上与实变函数微积分有许多类似之处,而且在研究问题的方面与逻辑结构方面也非常类似。
复变函数是一门古老而富有生命力的学科。
早在19世纪,Cauchy、Weierstrass及Riemann 等人就已经给这门学科奠定了坚实的基础。
复变函数不但是我们所学数学分析的理论推广,而且作为一种强有力的工具,已经被广泛的应用于自然科学的众多领域,如理论物理、空气动力学、流体力学、弹性力学以及自动控制学等,目前也被广泛应用于信号处理、电子工程等领域。
复变函数作为一门学科,有其自身的特点和研究方法与研究工具,在学习过程中,应注意与微积分理论的比较,从而加深理解,同时也须注意复变函数本身的特点,并掌握它自身所固有的理论和方法,抓住要点,融会贯通。
教学目的:复变函数是微积分学在复数域上的推广和发展,通过复变函数的学习能使学生对微积分学的某些内容加深理解,提高认识。
教学方法:教学过程宜采用以章为主的单元组织教学法,以课堂讲授为主,结合多媒体教学软件辅助教学,教学中应强调理论与实际并重,各章应安排一定课时的习题课,课后教师需安排时间集中对学生辅导答疑,学生必须完成一定量的作业。
本课程可根据需要安排课堂讨论。
复变函数辐角原理及其应用-精PPT共21页
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人,越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智,自知者明。胜人者有力,自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
1、不要轻言放弃,否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人,常是愿意 去做,并愿意去冒险的人。“稳妥”之船,从未能从岸边走远。-戴尔.卡耐基。
梦 境
3、பைடு நூலகம்生就像一杯没有加糖的咖啡,喝起来是苦涩的,回味起来却有 久久不会退去的余香。
复变函数辐角原理及其应用-精 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美,我宁愿选择无悔,不管来生多么美丽,我不愿失 去今生对你的记忆,我不求天长地久的美景,我只要生生世世的轮 回里有你。
幅角原理
教学后记
一幅角原理
1.亚纯函数
定义1设 在区域内除了有极点外处处解析,则称为亚纯函数
例如,有理函数,
全纯函数可看作亚纯函数的特例。
引理1,设 在环线 上解析且不为零,在 内部亚纯,则 在 内部只有有限个零点与极点。
引理2.设a为f的n级零点,则 必是 的一级极点,且
2)设b是f的m级极点,则b必是 的一级极点,且 .
所以 = = =
推论:若 在 内部解析,则
注:辐角原理中的条件2)可减弱为: 连续到 上,且 在 上
例8:设 : 试验试辐角原理
解: 满足辐角原理条件。又
3.儒歇定理
定理6.2设 为围线, 与 满足:1)它们在 内解析,且连续到 ,
2)在 上 ,则
证明:由已知条件, 与 都在 内部解析,且连续到
在 上, ,
证明它的全部零点在左半平面Rez<0内
3.设 内解析,且 ,证明 在 内必有不动点。
4.证明: 在右半平面恰好有一个根。
5n次方程(p(z)=)a0zn+a1zn-1+…+an=0(a0≠0)
在复数域内有且仅有n个根(几重根就算几个根
首先证明存在R>0,方程在圆|z|<R内恰有n个根
其次证明,对z0 |z0|=R0≥R,均有|p(z0)|>0
理论课
首次授课时间
2009年12月10日
学时
2
教学目标
掌握复变函数积分的概念,积分存在的条件及积分计算法和性质.
重点与难点
重点:复变函数积分存在的条件及其计算法和性质.
难点:复变函数计算法和性质.
教学手段与方法
负边值的辐角原理
负边值的辐角原理负边值的辐角原理是描述了辐角的一种特殊情况,它在数学和物理领域中具有重要的应用。
在本文中,我将详细介绍负边值的辐角原理及其应用。
我们来了解什么是辐角。
在复数的极坐标表示中,辐角是指从正实轴到复数所在点的线段与正实轴的夹角。
辐角通常用弧度来表示,取值范围为0到2π。
辐角的正负与复数所在象限有关,当复数位于第一象限时,辐角为正;当复数位于第二象限时,辐角为负;当复数位于第三象限时,辐角为正;当复数位于第四象限时,辐角为负。
负边值的辐角原理是指当一个复数的辐角为负时,其平方根的辐角为原辐角加上π。
这一原理在复数的乘法运算中具有重要的应用。
假设有两个复数z1和z2,其辐角分别为θ1和θ2。
根据负边值的辐角原理,我们可以得到它们的平方根的辐角分别为θ1/2和θ2/2+π。
这个原理使得我们可以快速计算复数的平方根,而无需进行复杂的运算。
负边值的辐角原理在电路分析中也有广泛的应用。
在交流电路中,电流和电压可以表示为复数形式,即相位和幅度的组合。
负边值的辐角原理可以帮助我们分析电路中的相位关系。
例如,当两个电压信号相差180度时,根据负边值的辐角原理,它们的平方根的相位差为90度。
这个原理可以帮助我们设计和优化电路,提高系统的性能和稳定性。
负边值的辐角原理还在信号处理和图像处理中有广泛的应用。
在频谱分析中,我们常常需要计算信号的平方根,以获得信号的谱特性。
根据负边值的辐角原理,我们可以通过简单的操作得到信号平方根的辐角。
这个原理在图像处理中也有类似的应用,可以帮助我们处理图像的相位信息,实现图像的增强和恢复。
总结一下,负边值的辐角原理是描述了辐角的一种特殊情况。
它在数学、物理、电路分析以及信号处理等领域中都有重要的应用。
通过负边值的辐角原理,我们可以快速计算复数的平方根,分析电路中的相位关系,以及处理信号和图像的相位信息。
这个原理不仅简化了复杂的运算,也为我们解决实际问题提供了有力的工具。
希望通过本文的介绍,读者能够对负边值的辐角原理有更深入的了解,并在实际应用中发挥它的作用。
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f (z) z a g(z)
g(z)
由此,a为 f '(z) 一阶极点且Res[ f '(z) ,a] = n。
f (z)
f (z)
4
引例2 设b为f (z)的m阶零点,证明:b 为 f '(z) 一阶极点
f (z) 且Res[ f '(z) ,a] = -m。
f (z)
证明 b为f(z)的m级极点,则在b的去心邻域内有
零点数为: N f ,C 3
6
定理1 设C一条周线,f(z)符合条件:1 f(z)在C内是亚纯的; 2 f(z)在C上解析且不为零,则有
另一方面
1
2 i
C
f '(z) dz f (z)
N( f ,C) P(
f ,C)
1
2 i
C
f '(z) dz f (z)
1
2 i
dCdz来自[lnf(z)]dz
1
arg P iy n
y( Z )
9
10
三、儒歇(Rouché)定理
z在C上时有:(z) f (z)
11
儒歇定理
(z) f (z)
注:儒歇定理的 典型用途之一是将一个复杂的解析函数g同
零点已知的解析函数比较,推出关于零点的一些信息。
例4 证明多项式 g(z) z4 3z+1 的全部4个零点都位 于 z 2 内。 例5 证明: 满足条件 at | a0 | | a1 | L | at1 | | at1 | | an|
4
8
在自动控制中,一些技术的稳定性归结为要求常系 数线性微分方程解的稳定性,而这类问题要求该方 程的特征多项式
P z a0zn a1zn1 L an
的根全在左半平面。利用幅角原理可以得到这问题 的一个判据。 例3 证明:在虚轴上没有零点的n次多项式
P z a0zn a1zn1 L an (a0 0)
2
例2.设 f (z) =
z - 72 z3
,C:z = 4,验证幅角原理
z - 54 z + 22 z - 15
解 一方面 N f ,C-P( f ,C) 37 4
另一方面 C arg f (z) 3C argz 2C arg z 22 5C arg z 1
2
2
3 2 2 2 5 2 2
f (z) = h(z) (z b)m
从而 f '(z) -m h '(z) ,其中 h '(z) 在点b的邻域内解析
f (z) z b h(z)
h(z)
由此,b为 f '(z) 一阶极点且Res[ f '(z) ,b] = -m。
f (z)
f (z)
5
考察积分
1
2 i
C
f '(z) dz f (z)
若f (z)在C内亚纯且在C上解析、不取零值。
明显地,f '(z) 的极点只可能来自于f(z)的极点和零点. f (z)
计算函数的零点或极点的个数时,通常包含重数。
例1.设 f (z) =
z - 72 z3
,则f (z)在C:z = 4内的极点数为
z - 54 z + 22 z - 15
P(f, C) (每个极点的阶)=2+5=7 C内的极点
引例1 设a 为f (z)的n阶零点,证明:a为 f '(z) 一阶极点 f (z)
且Res[ f '(z) ,a] = n。 f (z)
证明 设a为f(z)的n级零点,则可写
f (z) = (z - a)n g(z)
从而 f '(z) n g '(z) ,其中 g '(z) 在点a的邻域内解析
幅角原理及应用
1
留数和留数定理
一、对数留数 二、 幅角原理 三、儒歇定理
2
留数和留数定理
定义:如果函数 f 在区域D内除去极点外 处处解析,则称f 为区域D内的亚纯函数。
有理函数在整个平面上都是亚纯函数 若f 在闭周线C内是亚纯的,在C上解析且不取 零点,则 f 在C内至多有有限个极点。
3
一、对数留数
2 i
d ln
C
f (z)
1
2 i
[ dln
C
|
f
(z)
| i d arg
C
f
(z)]
C arg f (z)
2
7
二、幅角原理
定理2 设C一条周线,f(z)符合条件:1 f(z)在C内是亚纯的; 2 f(z)在C上解析且不为零,则有
N( f ,C) P( f ,C) C arg f (z)
的多项式 P z a0zn a1zn1 L +at znt L an (a0 0)
12
如: 方程 z8 5z5 在2z单位1 圆0内有( )个根 方程 z8 5在z 单1位圆0 内有( )个根 方程 z8 6z在1单0位圆0 内有( )个根 z4 8z 10 0
13