Komplexní analýza. Reziduová věta a její aplikace. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

Podobné dokumenty
Komplexní analýza. Holomorfní funkce. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

Kapitola 9. Rezidua. Matematická analýza 4. KMA/MA o12. Definice 9.1. ( izolovaná singularita )

15. Nulové body a póly. Věta. Je-li funkce f : G holomorfní v oblasti G a f(z 0 ) 0 pro z 0 G, pak

MKI Funkce f(z) má singularitu v bodě 0. a) Stanovte oblast, ve které konverguje hlavní část Laurentova rozvoje funkce f(z) v bodě 0.

Komplexní analýza. Laplaceova transformace. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %% POJMY, JEJICHŽ ZNALOST SE OČEKÁVÁ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

ŘADY KOMPLEXNÍCH FUNKCÍ

SINGULARITY A REZIDUA IZOLOVANÉ SINGULARITY

Komplexní analýza. Fourierovy řady. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

1 Nulové body holomorfní funkce

Jednou z nejdůležitějších funkcí, které se v matematice a jejích aplikacích používají je

INTEGRACE KOMPLEXNÍ FUNKCE

1 Topologie roviny a prostoru

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

DERIVACE FUNKCE KOMPLEXNÍ PROMĚNNÉ

Zimní semestr akademického roku 2015/ ledna 2016

KOMPLEXNÍ ČÍSLA A FUNKCE MNOŽINA KOMPLEXNÍCH ČÍSEL C. Alternativní popis komplexních čísel

Kapitola 7: Integrál.

Kapitola 8: Dvojný integrál 1/26

1 Integrál komplexní funkce pokračování

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2011/2012. x + y + 3z = 1 (2a 1)x + (a + 1)y + z = 1 a

ŘADY KOMPLEXNÍCH FUNKCÍ OBECNÉ VLASTNOSTI

FOURIEROVA TRANSFORMACE FOURIEROVA VĚTA

FOURIEROVA TRANSFORMACE

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

18 Fourierovy řady Úvod, základní pojmy

Inverzní Laplaceova transformace

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika 0A1. Cvičení, zimní semestr. Samostatné výstupy. Jan Šafařík

Potenciál vektorového pole

Teorie. Hinty. kunck6am

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

Teorie. Hinty. kunck6am

(5) Primitivní funkce

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

16 Fourierovy řady Úvod, základní pojmy

Lineární algebra : Lineární (ne)závislost

Primitivní funkce a Riemann uv integrál Lineární algebra Taylor uv polynom Extrémy funkcí více prom ˇenných Matematika III Matematika III Program

11. Číselné a mocninné řady

Diferenciál funkce. L Hospitalovo pravidlo. 22. a 23. března 2011

Základy matematiky pro FEK

7. Integrální počet Primitivní funkce, Neurčitý integrál

Interpolace, ortogonální polynomy, Gaussova kvadratura

2. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

Základy matematické analýzy

Texty k přednáškám z MMAN3: 4. Funkce a zobrazení v euklidovských prostorech

VIII. Primitivní funkce a Riemannův integrál

(ne)závislost. α 1 x 1 + α 2 x α n x n. x + ( 1) x Vektoru y = ( 1) y říkáme opačný vektor k vektoru y. x x = 1. x = x = 0.

VEKTOROVÁ POLE Otázky

Lineární algebra : Polynomy

Matematická analýza 1b. 9. Primitivní funkce

)(x 2 + 3x + 4),

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) LDR druhého řádu VMAT, IMT 1 / 22

Funkce. Limita a spojitost

VEKTOROVÁ POLE VEKTOROVÁ POLE

Důkaz Heineho Borelovy věty. Bez újmy na obecnosti vezmeme celý prostor A = M (proč? úloha 1). Implikace. Nechť je (M, d) kompaktní a nechť.

Doc. RNDr. Ondřej Kalenda, PhD., DSc.

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

Reziduovaná zobrazení

je jedna z orientací určena jeho parametrizací. Je to ta, pro kterou je počátečním bodem bod ϕ(a). Im k.b.(c ) ( C ) (C ) Obr Obr. 3.5.

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

NMAI059 Pravděpodobnost a statistika

Vzorové řešení zkouškové písemky

Kristýna Kuncová. Matematika B3

Nalezněte hladiny následujících funkcí. Pro které hodnoty C R jsou hladiny neprázdné

Požadavky ke zkoušce. Ukázková písemka

Obsah. 1. Komplexní čísla

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

Matematika pro Kybernetiku Lecture Notes

Vlastní číslo, vektor

Matematika vzorce. Ing. Petr Šídlo. verze

Matematika pro telekomunikace a radiotechniku

Riemannova a Hurwitzova ζ-funkce

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

13. přednáška 13. ledna k B(z k) = lim. A(z) = M(z) m 1. z m.

[1] Motivace. p = {t u ; t R}, A(p) = {A(t u ); t R} = {t A( u ); t R}

pouze u některých typů rovnic a v tomto textu se jím nebudeme až na

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

Definice (Racionální mocnina). Buď,. Nechť, kde a a čísla jsou nesoudělná. Pak: 1. je-li a sudé, (nebo) 2. je-li liché, klademe

(1) Limity. Kristýna Kuncová. Matematika B2 18/19. Kristýna Kuncová (1) Limity 1 / 27

Okruhy, podokruhy, obor integrity, těleso, homomorfismus. 1. Rozhodněte, zda daná množina M je podokruhem okruhu (C, +, ): f) M = { a

MATEMATIKA III. Olga Majlingová. Učební text pro prezenční studium. Předběžná verze

Generující kořeny cyklických kódů. Generující kořeny. Alena Gollová, TIK Generující kořeny 1/30

Matematika (KMI/PMATE)

Kapitola 7: Integrál. 1/17

PRIMITIVNÍ FUNKCE DEFINICE A MOTIVACE

Omezenost funkce. Definice. (shora, zdola) omezená na množině M D(f ) tuto vlastnost. nazývá se (shora, zdola) omezená tuto vlastnost má množina

Matematika III. Miroslava Dubcová, Daniel Turzík, Drahoslava Janovská. Ústav matematiky

terminologie předchozí kapitoly: (ϕ, Ω) - plocha, S - geometrický obraz plochy

MATEMATIKA 2. Sbírka úloh. RNDr. Edita Kolářová ÚSTAV MATEMATIKY

3. přednáška 15. října 2007

Základy matematické analýzy (BI-ZMA)


[1] Definice 1: Polynom je komplexní funkce p : C C, pro kterou. pro všechna x C. Čísla a 0, a 1,..., a n nazýváme koeficienty polynomu.

Laplaceova transformace

LEKCE10-RAD Otázky

prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. BI-ZMA ZS 2009/2010

FUNKCE A JEJICH VLASTNOSTI

Vybrané kapitoly z matematiky

Transkript:

Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace Martin Bohata Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze bohata@math.feld.cvut.cz Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace /

Motivace Mějme holomorfní funkci f(z) na P (z 0 ; r; R), kde r < R. Necht C je kladně orientovaná Jordanova křivka ležící v P (z 0 ; r; R) taková, že z 0 Int C. Jak vypočítat C f(z) dz? Informace o C f(z) dz je skryta v Laurentově rozvoji funkce f na P (z 0 ; r; R). Víme, že a n = 2πi C f(z) (z z 0 dz. Proto ) n+ f(z) dz = 2πia. C Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace 2 /

Reziduum Definice Necht z 0 C je izolovaná singularita funkce f a f(z) = n= a n (z z 0 ) n na P (z 0 ). Koeficient a se nazývá reziduum funkce f v bodě z 0 a značí se res z0 f. res (z ) 3 = 0. 2 res 0 e z z 2 =. 3 Již jsme nalezli, že z( z) = n= ( )n (z ) n na P (; 0; ). Proto res z( z) =. Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace 3 /

Výpočet rezidua Tvrzení Necht z 0 C je k-násobný pól funkce f. Potom res z0 f(z) = [ (k ) (k )! lim (z z 0 ) f(z)] k. z z 0 Důkaz: Viz přednáška. Speciálně: je-li z 0 jednoduchý pól funkce f, pak Necht f(z) = (z )(z+) 2. res f(z) = 4. 2 res f(z) = 4. res z0 f(z) = lim z z0 (z z 0 )f(z). Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace 4 /

Výpočet rezidua res i z (z i) 2 (z+) = 2. (+i) 2 Věta (l Hospitalovo pravidlo) Jestliže z 0 C a funkce f a g jsou holomorfní na U(z 0 ) a splňují f(z 0 ) = g(z 0 ) = 0. Potom f(z) lim z z 0 g(z) = lim f (z) z z 0 g (z) Důkaz: Vynecháváme. res 0 e z =. Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace 5 /

Výpočet rezidua Tvrzení Necht z 0 C, f je holomorfní na U(z 0 ) a g má v z 0 jednoduchý pól. Pak res z0 f(z)g(z) = f(z 0 ) res z0 g(z). Důkaz: Vynecháváme. Tvrzení Necht z 0 C a funkce f a g jsou holomorfní na U(z 0 ). Jestliže g má v z 0 f(z) jednonásobný kořen, potom res z0 g(z) = f(z 0) g (z 0 ). Důkaz: Viz cvičení. res 0 (3e z +2(z ) 2 sin(zπ) cos(z))(e z ) z 2 = 2. 2 res π +e iz = i. Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace 6 /

Reziduová věta Věta (Reziduová věta) Necht Ω C je jednoduše souvislá oblast, C je kladně orientovaná Jordanova křivka ležící v Ω a S Int C je konečná množina. Jestliže f je holomorfní na Ω \ S a body z množiny S jsou izolované singularity funkce f, potom f(z) dz = 2πi res w f(z). C w S Důkaz: Viz přednáška. At C je obdélník o vrcholech i, 4 i, 4 + i, i. Pak 3πi dz = (z )(z 3)(z 5) 2 6. C Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace 7 /

Hlavní hodnota integrálu Pro hezké funkce f definujeme nevlastní (Riemannův) integrál předpisem f(x) dx = 0 lim a a f(x) dx + lim b + b 0 f(x) dx. Při takové definici integrál x dx neexistuje. V dalším budeme chápat integrál f(x) dx ve smyslu tzv. Cauchyovy hlavní hodnoty: R f(x) dx = lim f(x) dx. R R Ve smyslu hlavní hodnoty je x dx = 0. Existuje-li integrál jako nevlastní Riemannův, pak existuje i ve smyslu hlavní hodnoty. Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace 8 /

Integrály z racionálních funkcí Tvrzení Necht P a Q jsou polynomy a S + = {z C Q(z) = 0, Im z > 0}. Jestliže + st P < st Q a Q nemá žádný reálný kořen, potom P (x) P (z) dx = 2πi res w Q(x) Q(z). w S + Důkaz: Viz přednáška. (x 2 + )(x 2 + 4) dx = π 6. Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace 9 /

Integrály obsahující oscilující exponenciálu Tvrzení Necht P a Q jsou polynomy takové, že st P < st Q. Předpokládejme, že Q nemá žádný reálný kořen. Jestliže α > 0 a S + = {z C Q(z) = 0, Im z > 0}, pak P (x) Q(x) eiαx dx = 2πi P (z) res w Q(z) eiαz. w S + 2 Jestliže α < 0 a S = {z C Q(z) = 0, Im z < 0}, pak P (x) Q(x) eiαx dx = 2πi P (z) res w Q(z) eiαz. w S Důkaz: Vynecháváme. Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace 0 /

Integrály obsahující oscilující exponenciálu sin x x 2 4x + 5 cos x x 2 4x + 5 π sin 2 dx =, e π cos 2 dx =. e 2 e iπx x 4 + 4 dx = π 4e π. Martin Bohata Komplexní analýza Reziduová věta a její aplikace /