22354

Примеры особых точек

Лекция

Математика и математический анализ

Функции имеют в начале координат устранимую особую точку. Функции имеют начале координат существенную особую точку. Проверим справедливость теоремы Сохоцкого для функции . Целые функции.

Русский

2013-08-04

2.06 MB

8 чел.

Примеры особых точек.

1. Функции  имеют в начале координат устранимую особую точку. Это следует из тейлоровского разложения этих функций и теоремы 1 предыдущей лекции. В частности, при z0

 

2. Функция  имеет полюсы в точках , , в которых знаменатель обращается в нуль (эти точки располагаются на двух биссектрисах координатных углов). Все полюсы первого порядка, т.к. функция  имеет в них нули первого порядка (ее производная  отлична от нуля в этих точках).

3. Функции  имеют начале координат существенную особую точку. В этом легко убедиться, подставляя  вместо z в тейлоровском разложении этих функций и пользуясь теоремой №3 предыдущей лекции (в частности, при z0  ).

    Проверим справедливость теоремы Сохоцкого для функции . Для A= в качестве  берем , k = 1, 2, …, ибо очевидно ; для A = 0 можно принять , , т.к. . Для конечного  берем , k = 0,1,2, …, тогда  ( означает какое-нибудь значение логарифма).

Функция  имеет в начале координат неизолированную особую точку, т.к. ее полюсы  накапливаются к началу координат (см. пример 2).

По характеру особых точек выделяют следующие два класса однозначных аналитических функций.

1. Целые функции. Функция f(z) называется целой (или голоморфной), если она не имеет особых точек ни в какой конечной части плоскости. По теореме Коши всякая целая функция представима степенным рядом, сходящимся в любой конечной части плоскости. И, обратно, всякая функция, представимая степенным рядом , сходящимся в любой конечной части плоскости, является целой функцией. Примерами целых функций являются многочлены, показательная функция,  и др. Очевидно, сумма, разность и произведение целых функций суть снова целые функции.

2. Дробные функции. Функция f(z) называется дробной (или мероморфной), если она не имеет других особенностей, кроме полюсов. Из этого определения вытекает, что в любой ограниченной области мероморфная функция может иметь лишь конечное число полюсов. В самом деле, если бы в такой области было бы бесконечно много полюсов, то существовала бы их последовательность, сходящаяся к некоторой точке a, которая была бы неизолированной особой точкой, а не полюсом. Во всей плоскости полюсов может быть и бесконечно много. Примерами мероморфных функций являются все целые функции, дробно-рациональные функции, тригонометрические функции и др. Очевидно, сумма, разность, произведение и частное двух мероморфных функций и вообще любая дробно-рациональная функция  от мероморфных функций снова является мероморфной функцией.

Вычеты. Теорема о вычетах.

Вычетом функции f(z)  в изолированной особой точке a называется число

                                    ,                                    (1)

где  - достаточно малая (такая, чтобы внутри нее не было особых точек, кроме а) окружность, проходимая в положительном направлении.

Из формул для коэффициентов ряда Лорана при  непосредственно вытекает, что

                                                      ,                                                    (2)

т.е. что вычет функции f(z) в особой точке a равен коэффициенту при минус первой степени в лорановском разложении f(z) в окрестности a.

Отсюда следует, что в устранимой особой точке вычет функции равен нулю. В полюсе порядка n:

                                     .                        (3)

Для вывода этой формулы достаточно умножить лорановское разложение  на , продифференцировать полученное равенство (n-1) раз и затем перейти к пределу при .  

Для полюсов I порядка формула (3) принимает вид

                                                  .                                    (4)

Если при этом в окрестности точки a , причем , а  имеет в точке a нуль I порядка (т.е. ), то

                           .              (5)

 Теорема (Коши о вычетах). Пусть функция f(z) непрерывна на границе* C области D и аналитична внутри этой области всюду, кроме конечного числа особых точек . Тогда, если C обходится в положительном направлении, то

                                          .                                           (6)

 Доказательство. Доказательство вытекает из теоремы Коши для многосвязных областей. Заключим каждую точку  в кружок  столь малый, что все такие кружки лежат в области D и не пересекаются друг с другом (см. рис.).

                                                   

                                                       

                                                                                     

                                                 

                                                                               С             

Т.к. f(z) аналитична в области , ограниченной кривой C и совокупностью окружностей  и непрерывна в , то по теореме Коши

,

где все  проходятся по часовой стрелке. Меняя направление обхода окружности  и пользуясь определением вычета, согласно которому

,

получаем доказываемый результат (6).

Принцип аргумента и теорема Руше.

Под логарифмическим вычетом аналитической функции f(z) в точке a понимают вычет ее логарифмической производной

.

Если точка а является нулем f(z) порядка n, то в окрестности этой точки

следовательно,

и логарифмическая производная

где  аналитична в точке а, т.к. , поэтому

                                                              (7)

Пусть теперь a является полюсом f(z) порядка n. Тогда функция  имеет в точке a нуль порядка n и по только что доказанному, для логарифмической производной  точка a является полюсом I порядка с вычетом, равным (-n). Таким образом доказана

 Теорема 1. В нулях и полюсах функции f(z) ее логарифмическая производная  имеет полюсы I порядка, причем в нуле функции логарифмический вычет равен порядку нуля, а в полюсе – порядку полюса со знаком минус.

Пусть функция f(z) аналитична внутри ограниченной области D всюду, кроме конечного числа полюсов  кратностей соответственно , непрерывна на границе C этой области и не обращается на C в нуль; пусть еще  непрерывна на C. Тогда функция f(z) имеет в D лишь конечное число нулей, ибо в противном случае существовала бы бесконечная последовательность нулей, сходящаяся к внутренней или граничной точке области D, но эта последовательность не может сходиться ни к внутренней точке (по теореме единственности), ни к граничной точке (т.к.  и непрерывна на C). Нули f(z) в области D мы обозначим через , а их кратности соответственно через . Применяя к логарифмической производной f(z) теорему о вычетах и теорему 1, мы получим:

                         (8)

где N и P обозначают соответственно полное число нулей и полюсов этой функции, причем каждый нуль и полюс считается столько раз, каков его порядок.

Выясним геометрический смысл левой части последнего равенства. Имеем:

                                                      (9)

где  и  обозначают какие-нибудь ветви (см. ниже) этих функций, непрерывные вдоль C. Пусть C ограничивает односвязную область. Т. к. при обходе замкнутого контура C функция  возвращается к своему первоначальному значению, то первый интеграл в правой части (9) равен нулю. С другой стороны, если точка w=0 лежит внутри контура, описываемого точкой w = f(z), когда z обходит C, то конечное значение  может отличаться от начального (см. рис.) и тогда второе слагаемое будет отличным от нуля. Величина

- полное изменение аргумента функции f(z) при обходе C, деленное на , - геометрически представляет собой число оборотов вокруг начала w = 0 вектора f(z) при полном обходе C, или, что тоже самое, вектора w при обходе кривой Г, соответствующей C при отражении w = f(z). Соотношения (8) и (9) выражают так называемый принцип аргумента.

Теорема 2. Пусть функция f(z) аналитична внутри односвязной области D всюду, кроме конечного числа полюсов, непрерывна на границе C этой области и не обращается на C в нуль; пусть еще  непрерывна на C. Тогда разность между полным числом нулей и полюсов этой функции внутри D равна числу оборотов вектора w при обходе кривой , соответсвующей C при отображении w=f(z), или, что тоже самое, - сумме логарифмических вычетов f(z) в области D:

                                  .                               (10)

Полезным следствием принципа аргумента является следующая

Теорема 3 (Руше). Если функции f(z) и g(z) аналитичны внутри C, а на C непрерывны, имеют непрерывные производные, и удовлетворяют условию

                                                             ,                                             (11)

то функции f(z) и f(z)+g(z) имеют внутри C одинаковое число нулей.

Доказательство. Для доказательства заметим, что в силу нашего условия на C | f(z)|>0 и . Следовательно, функции f(z) и f(z)+g(z) не обращаются на C в нуль и к ним применим принцип аргумента. Из соотношения

получаем:

Но т.к. при движении точки z по контуру C точка  все время остается внутри круга  (это следует из того, что  на C)**,то точка  не может обойти начала координат и, значит . Таким образом,

и остается воспользоваться формулой (10) при P = 0.

Теорема 4 (Основная теорема алгебры). Уравнение

                                                       (12)

имеет в комплексной плоскости n (конечных) корней.

Доказательство. Для доказательства примем  и выберем R столь большим, чтобы на окружности |z| = R было | f(z)| > |g(z)| - это можно сделать, т.к. , а , и  растет быстрее, чем любой многочлен степени (n-1). Тогда по теореме Руше число корней уравнения в круге  равно числу нулей , т.е. n. С другой стороны, т.к. , то, еще увеличивая в случае надобности R, мы можем считать, что вне круга уравнение не имеет корней.

* Непрерывность f(z) на границе области понимается в смысле непрерывности по области, т.е. в том смысле, что в любой точке  границы существует , причем  по точкам области  D. Если С имеет кратные точки, например, содержит двубережный разрез, то условие можно ослабить, потребовав существования предельных значений f(z) лишь при   с каждой из сторон разреза (при этом пределы с одной и с другой стороны не обязаны совпадать).

*                                                           *

3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45532. Структура и направления деятельности PR-отдела 55 KB
  Структура отдела и функции персонала Структура отдела определяется взглядом вверх и вниз по иерархической лестнице. Мы понимаем что наилучшим вариантом для руководителя ПРотдела является его включенность в команду высших управленцев. Питер Грин формулирует это следующим образом: Независимо то размера организации или размера создаваемого ПРотдела необходимо иметь прямую связь от ПР к руководству для эффективности необходимо иметь руководителя ПР в числе самого высшего руководства даже если ПР будет только частью его ее обязанностей .
45533. Сущностные характеристики PR-деятельности и профессиограмма специалиста по PR 31 KB
  Специфика РRдеятельности выражается в следующем: пиармены подчинены целям и задачам своего субъекта и символизируют собой его идеологию; профессиональная ориентация пиарменов выражена преимущественно в обслуживании субъекта они становятся выразителями интересов ограниченной конкретной социальной группы; профессионализм пиармена определяется также и с внешним согласием с общественной политикой своего субъекта лояльностью к нему умением идентифицировать себя с ней. Содержание и структура ПРдеятельности: Творческая поиск...
45534. PR – тексты 102.5 KB
  К вторичным источникам также можно отнести прессревю. а Медиатексты тексты написанные ПР сотрудниками и обработанные журналистами и доведенные до определенного сегмента общественности исключительно через СМИ: Имиджевая статья Имиджевое интервью Кейс стори б первичный исходит от прямого предметного базисного или технологического субъекта ПР: Простой ПР текст это конкретный текст как определенная отграниченная от других текстов данность существующая в пространстве ПР коммуникаций: Пресс релиз приглашение бэкграундеры лист...
45535. Хактеристика комбинированных PR-текстов 28.5 KB
  Издание или механически пресскит простых первичных текстов объединенных общей тематикой новостным поводом. Могут содержать в себе тексты журналистские и рекламные пресскит туда могут входить: прессрелиз бэкграундер фактлист биография лист вопросовответов это набор представляющих интерес для прессы разножанровых простых первичных текстов а также иконических материалов которые объединены одним новостным поводом и дают максимально полную информацию о конкретном новостном событии. Таким образом мы рассмотрели жанровые...
45536. Понятие «новость» и типы информационных поводов 36 KB
  Новость в ПР - это новая и по возможности релевантная для целевой общественности ПР-информация способная формировать паблисити и привлечь внимание СМИ к субъекту ПР. Новость своевременна если событие сопряжено с разл. Выделяется среди других новость.
45537. Источники и методы сбора информации в журналистике и PR. Характеристики PR-информации 36.5 KB
  Характеристики PRинформации. Типы информации: межличностная информация обеспечивающая коммуникацию двух и более лиц и носящая непубличный характер. ПР информация разновидность социальнйо информации инициированная базисным субъектом ПР представляющая в оптимизированном виде факты деятельности данного субъекта.
45538. Медиарилейшнз: современное состояние 46.5 KB
  выступает как менеджер автор и организатор донного проекта информационный ПР ориентирован на работу со СМИ т. МР ШИШКИНА социальные практики направленные на оптимизацию взаимодействия субъекта ПР базисный кто заказывает или технологический кто исполняет со СМИ. В США МР взяли основу еще во времена президента Джексона когда бывший журналист и репортёр Кендел стал исполнять функции пресссекретаря: писал статьи для СМИ.ленинградский советов появились отделы по связям со СМИэто портотипы будущих ПРслужб.
45539. Пресс-служба и ее функции 69 KB
  Пресс-служба и ее функции Пресс-служба автономная структурная единица субъекта PR осуществляющая функции медиарилейшнз. Крупные организации и компании имеют собственные пресс-службы в небольших организациях эта функция может совмещаться с другими функциями исполнителя. Штат прессслужбы может составлять различное количество людей от одногодвух до 20ти и более. Специалисты прессслужб должны регулировать отношения между своей организацией и СМИ поддерживать информационный баланс двустороннего информационного взаимодействия.
45540. Классификация PR-текстов и система жанров PR-текста 47.5 KB
  Чем же пиартекст принципиально отличается от журналистского и рекламного Рекламный попадает на платные страницы. А пиартекст умело мимикрирует под текст новостийный. Здесь полезно знать что пиар иногда определяют как ориентированную журналистику поскольку в пиартексте присутствуют всегда тщательно отобранные и соответствующим образом скомпонованные факты. Пиаринформация это тип социальной информации которая производится в процессе деятельности социального субъекта фирмы организации персоны базисного субъекта пиар...