3.3 柯西积分公式|数学物理方法

数学物理方法 · 3.3 柯西积分公式
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第三章 / 3.3

柯西积分公式

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10 从积分为零,前进一步到提取函数值

若 在正向简单闭曲线 及其内部解析, 位于内部,则

实际计算常用反写:

分母中的 必须在内部,且分子 要在整片内部解析。如果 在外部且整个被积函数解析,积分为零;如果 正在路径上,普通曲线积分通常无定义,不能把结果想成内外的一半。

图 3-3 柯西公式先判断分母点在内、在外还是线上
ReIm0a=1C:|z|=2,逆时针被积函数 eᶻ/(z-a)a在内:2πi eᵃ先判位置,再检查分子在整个内部解析;线上情形不能直接套公式。

使用柯西积分公式。

完整例题 逆时针,求 。分子 整,点1在内部,故结果 。若半径改为 ,点1在外部,结果0;改为1则奇点落在路径上,不能套用。

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11 柯西公式的证明主线与平均值

在 周围挖一个半径 的小圆。大曲线积分等于小圆积分。把小圆上的分子拆成 :常数部分积分为 ;误差部分由连续性与长大不等式控制,模不超过 ,所以趋零。

这段证明连接了本章所有基础:挖洞变形、基础圆周积分、连续性和长大不等式。你需要知道为什么误差里分母 不导致爆炸:圆周长也含 ,两者抵消。

若取圆周 ,公式变为

解析函数在圆心的值等于圆周平均值。取实部或虚部,得到相应调和函数的平均值性质。它可证明某些边界值不可能由解析函数产生,也能把实三角积分转成复积分。

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12 高阶公式:分母次数减一是求导阶数

同样条件下, 具有任意阶导数,而且

计算时反写为

最常见失误 把三次分母配成三阶导;实际上 配二阶导,还要除以 。

例如 ,

对多项式也一样:若导数阶数超过多项式次数,就直接为零。高次分母不自动意味着非零结果。

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13 多个分母点:先判内外,再拆分或挖小圈

若 ,不能不看 就把 当成整片内部的解析分子。教材例1取 ,:到0的距离3,故0在外;到 的距离2,到 的距离1,故后二者在内。

于是

这题最关键的一行是三个距离,不是最后的指数化简。

两个内部点都在时怎么办 以 为例, 时先部分分式

分别判断两点是否在曲线内,再用基本公式。更一般时,可挖出每个缺点的小圈,各算一个局部积分再相加,这仍是本章的柯西方法,不必提前依赖第五章留数公式。

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14 为什么解析就有无限阶导数;只给实部也有用

从柯西公式对 作差商,差商的核趋向 。因为内部点离边界有正距离 ,分母可统一远离零,长大不等式保证极限可交换进积分。反复进行就得到高阶公式。重点在“正距离带来统一估计”,而不是形式上无条件把导数搬进积分号。

教材还给出圆周实部决定中心导数的式子:

主线是先把一阶柯西公式参数化,再把 的共轭形式相加,虚部项消去,留下实部。它用于从边界实部恢复导数,也是后续边值问题的入口。第一轮普通积分题优先熟练前两条框中公式;这条公式知道用途、能跟住推导即可,不必优先背。

另一个有用后果是柯西估计:在半径 圆周上若 ,则 。它把长大不等式接到高阶公式上,第四章估计级数系数时会再用到。

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。