3.2 柯西积分定理|数学物理方法

数学物理方法 · 3.2 柯西积分定理
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第三章 / 3.2

柯西积分定理

教材54—57页

3.2 · 教材54—57页

07 积分为零需要一整片解析区域

若 是正向简单闭曲线, 在曲线及其内部的某个开邻域内解析,则

教材“在闭域上解析”的意思,就是存在包含该闭域的开集,函数在其中解析。更常见的课堂版本: 在单连通域 内解析, 完全在 内闭合,则积分为零。

做题前逐项检查 曲线是否闭合;函数是否单值;曲线上有没有未定义点;内部有没有奇点或未被包含的洞。只知道“曲线上解析”不够, 在单位圆附近解析,却有积分 。

证明的用途 在偏导足够连续的情况下,用格林公式得到

C-R 使两个被积式为零。教材采用这条便于理解的证明路线;一般柯西定理不需要预先另加导数连续条件。第一轮要会复述“格林把边界积分变成内部偏导,C-R 把它们消掉”,完整的一般性证明可留后续理论课。

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08 多连通域:外圈减内圈,不是每一圈都零

区域正向的统一规则是:沿边界走时,区域留在左手边。 因而外边界逆时针,内边界顺时针。若 在这些边界及中间区域解析,则

若把外圈 与每个内圈 都另按逆时针记号书写,那么

图 3-2 有孔区域的边界方向与积分抵消
0外圈逆时针:2πi内圈顺时针:-2πi全部边界相加 = 0例:f(z)=1/z;曲线间解析,洞内的缺点不能当成区域的一部分。

沿边界前进时,带颜色的区域始终留在左手边。

证明可在圆环上割一条连接内外边界的线,把区域剪成单连通;割线来回各走一次、方向相反,积分抵消,只留下外圈和内圈。保留这段证明,是为了让你记住内边界符号,不要求背复杂图形的编号。

关键例子 在圆环 解析,外圈逆时针积分 ,内圈顺时针积分 ,整个边界积分才为零。圆环内处处解析,并不意味着只沿外圈就能套“单连通版本”。

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09 变形路径与路径无关的真正条件

若两条闭曲线包围同一个缺点,且它们之间没有新的奇点,可用多连通定理把一条变成另一条。因此 对包围 一周的任意正向简单闭曲线仍为 ,不一定非要圆。

若 在单连通域解析,两条连接同一起终点的路径合成一条闭曲线,所以两条积分相等。这就是路径无关。你可以换成更好算的线段或折线,但新路径也必须留在允许区域内。

不要过度使用单连通 单连通是保证所有解析函数都路径无关的方便充分条件。有些函数在多连通域上也有全局原函数,例如 在去心平面有原函数 ;它仍然路径无关。反例 才是不能在去心平面直接套牛顿—莱布尼茨的典型。

来源、编排与掌握要求

依据用户提供的严镇军《数学物理方法》扫描本第三章整理;正文印刷页48—73,章末习题74—77。扫描PDF文件页序等于印刷页码加6。按原书节序覆盖各主题,以重新讲解、推导主线和例题说明组织,未逐字复制原文。自编检查题与原书习题分开编号,原书题号可在本章习题路线中查找;本文件不声称是全部原书习题的逐题答案册。

第一轮优先掌握能独立做题所需的概念、步骤和适用条件;背景、证明及拓展均说明用途和暂缓深究的边界。第三章含12道自编检查题及完整解析。公式与SVG内嵌,可离线阅读;屏幕答案默认折叠,打印时自动展开。整理日期:2026年10月15日。