第四章 / 4.4
孤立奇点的分类
教材印刷页 96—103 · 本节目标 判断孤立性,分类有限点和无穷远点,并确定极点阶数。
主部与孤立奇点的三种类型
第 96—97 页:先把“主要部分”这个术语说清楚
在贴着中心
中,设:
教材把负幂部分:
称为主要部分,也常叫主部。
非负幂部分称为正则部分。
这里的“主要”是在说:它决定中心附近的奇异性。
分类规则只有三条:
下面把负幂系数的位置画出来:
在贴着中心的去心邻域中,观察负幂系数
对极点,还要找最低的非零幂次。
例如:
是三阶极点。
它只有两项非零负幂,但阶数是 3。
可去奇点与有界判别
假设中心
没有负幂项。
那么只要补:
它就成为在
所以叫“可去”。
教材例子:
在
没有负幂项,因此:
教材中随后给出两个非常实用的等价条件。
在已经知道
也等价于:
做题最方便的往往是求有限极限。
例如:
所以
但“有界”必须是在整个复去心邻域有界。只沿实轴看见有界,不能直接套定理。
教材证明有界条件时,核心是估计负幂系数。
取一个很小的圆:
若
让
所有负幂系数都消失,因此可去。
这段证明的用途:解释为什么“有界”足以排除所有奇异负幂。会理解这一步即可,不必首次就熟练复现全部积分估计。
极点阶数与零点抵消
教材的等价条件是:
其中:
也就是说,已经把所有能抵消的零因子抵消完,分母最终还剩:
因此,判断商函数时最实用的规则是:
设:
则:
于是:
这就是为什么前面必须学零点阶数。
例如:
所以:
虽然原式分母是
再例如:
因此:
不要只看分母上的指数。
教材还给出:
因为:
等价于:
一个是分母中的
实际判断中,还有两个好用的极限形式:
以及,在孤立奇点前提下:
这里复数的“趋于无穷”指模趋于无穷,要求沿任意趋近方向都如此。
仅仅发现某条路径上函数变大,还不能判断为极点。
本性奇点与极限判别
本性奇点的定义是:
典型例子:
因此:
从极限角度看,在孤立奇点前提下:
对
沿正实轴
沿负实轴
两种行为不同,既不能补成一个有限值,也不可能沿所有方向都趋于无穷。
所以是本性奇点。
这也说明:
本性奇点附近也可能无界。判断极点要求更强:整个复变量极限的模都趋于无穷。
含正弦因子的分式分类
教材函数:
先找有限候选奇点:
然后逐个判断,每个点只关心在这个点会不会变成零的因子。
在
所以剩下:
阶极点。
也可以按教材写成:
括号补好后在
因此:
在
只有分母
因此:
在
分母
因此:
这类题的实际书写可以很短:
分子在该点的零点阶数为
,分母为 ,故为 阶极点。
前提是你确实把
复合余弦函数的本性奇点
候选点:
直接代入余弦展开:
负幂项无限多个,而且是在:
中成立的局部展开。
所以:
注意:只出现偶数负幂,也照样是无限多个。
乘除规则与取倒数的条件
这一段想告诉你:
一个本性奇点,乘除有限阶的零因子或极点因子,通常仍保留本性。
准确地说,设
在
例如:
乘
为什么这个结论成立?
如果乘上有限阶因子以后,函数只剩可去奇点或有限阶极点,那么再除回这个有限阶因子,原来的
但是,教材接着谈“本性奇点取倒数”时,需要特别注意:
否则,倒数会引入一串其他极点。
反例正是前面出现过的:
它在
在:
有无穷多个极点。
所以倒数在
这条也影响习题 16 中涉及倒数、分母本性函数的判断:先检查商在去心邻域是否解析,再谈三分法。
无穷远点与倒数变换
“研究
时函数的行为,包括所有复方向。
教材采用代换:
于是:
定义:
然后:
在无穷远点是什么类型,就看 在 是什么类型。
下面移动
z 越远,w = 1/z 越靠近原点
例如:
代换后:
所以:
再看:
代换后:
在零点没有奇异性,补值为零。因此:
正幂和负幂的角色,在无穷远点会反过来。
无穷远点的正幂判别
假设外部区域的展开是:
换成
于是:
的正幂,变成 的负幂; 的负幂,变成 的正幂。
所以对无穷远点:
仍然要先满足:无穷远点是孤立的。
几个例子一起看:
| 无穷远点 | ||
|---|---|---|
| 三阶极点 | ||
| 可去,补值 |
||
| 本性奇点 | ||
| 可去,补值 |
||
| 可去,补值 |
||
| 可去,补值 |
特别值得记住:
在
奇点类型是针对某个位置说的,不能给整个函数贴一个固定标签。
有理函数在无穷远点的分类
设:
其中:
最高次项分别是:
当
因此:
教材的例子:
分子一次,分母二次,所以:
因此:
如果是:
则:
所以无穷远点是三阶极点。
这类题不用长除法算完整展开,次数已经足够回答类型与阶数。
教材还提到:
- 非常数
次多项式,在无穷远点有 阶极点; 在无穷远点有本性奇点。
比如
无穷远点的孤立性检查
教材定义无穷远点是孤立奇点时,要求存在某个
也就是:
能不能画一个足够大的圆,把所有其他奇点都关在里面?
如果总有奇点跑到任意远的地方,无穷远点就是非孤立奇点。
例如:
它在:
有极点。这些极点可以离原点任意远。
所以:
同样:
在无穷远点也是非孤立奇点。
还有:
在:
有极点,这些极点也会跑向无穷远。
因此无穷远点仍然非孤立。
不要看见“极限不存在”,就立刻判本性。顺序必须是:
完成自编检查题 10—15,先独立作答,再展开解析核对方法与条件。