第五章 / 5.2.2
三条引理与围道的选择
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12 大圆弧:函数趋零还不够,先乘上弧长
若大圆弧 的角跨度固定为 ,曲线上 ,则
所以 在相应角域内统一成立,是大弧消失的充分条件。教材引理1就是这个结论。有理函数分母次数至少比分子高2时,,乘弧长 后趋零。
最简单的反例 ,但半圆弧积分恒为 ,不消失;因为它只有 ,乘弧长后为常数量级。不能把“函数很小”偷换成“它沿长曲线的积分很小”。
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13 小圆弧:一个简单极点留下角跨度乘留数
若 ,沿小圆弧 、,则
一阶极点时 。证明拆成 与余项,余项模为 ,乘弧长 后消失。若 ,整段小弧消失。
图 5-4 从左向右绕过实轴点,小弧的方向决定符号从左到右的上半小弧为顺时针。
上半平面绕开实轴点 沿实轴从左往右,在点 上方挖一条小半圆,参数角由 降到0,是顺时针,贡献 。小弧是在辅助等式左边的哪一项,必须先写出来,最后移项才决定目标积分中出现什么符号。
不要说“曲线上极点算一半” 不是把留数定理中的点机械地算半个,而是先绕开,使定理有合法路径,再精确计算小弧极限。高阶极点的小弧一般还可能发散,这个一阶极点公式不能直接照搬。
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14 约当引理:指数在上半平面衰减,端点也要控制
对 ,。上半平面衰减,下半平面增长,所以常把 闭合到上方。若上半圆上 ,约当引理给
与普通大弧估计相比,它允许 ,不必达到 。
图 5-5 指数的参数符号决定闭合的半平面实轴从左向右,上弧从右向左;加上半平面留数。
证明主线要看懂端点 取 ,积分模不超过 。用 ()及对称性,积分上界可压到 。即使端点处指数模为1,整个端点小区间仍能被控制。
教材给出半平面下缘为 的较宽版本,把低于实轴的一小段圆弧单独估计;第一轮标准上半圆版本足以处理本章多数习题。若 ,改闭下半平面,方向通常顺时针,留数定理前变成 。
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15 辅助函数与围道要一起选:把目标放进一条完整等式
留数法没有一个包打天下的代换。先问目标能否成为 、 或 ,再问剩下的路径积分能否消失或换回同一个目标。
| 目标的结构 |
常选的辅助函数或围道 |
为什么 |
| 完整周期三角有理式 |
,单位圆 |
三角变有理式 |
| 全实轴有理式 |
,半圆 |
大弧由次数差消失 |
| 乘正弦、余弦 |
,按符号选半平面 |
指数衰减 |
| 实轴有辅助极点 |
绕开的小半圆 |
保留确定的小弧贡献 |
|
旋转 的射线或三角形 |
二次相位变高斯衰减 |
| 高斯乘余弦 |
平移的矩形 |
上边和下边相互联系 |
| 非整数幂 |
沿分支切口的钥匙孔 |
上下岸相差相位 |
解答必须出现的一句等式 不是只写“由留数定理,答案为……”,而是先写 ,并交代每条辅助段的极限。你的主要得分点通常就在这些条件和符号上。