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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。