一、填空题
- 1.
.
- 2.
记,其中,则,方程化为:
(1)即,为平面上的直线.
注平面上稍复杂的曲线变换到平面上时,通常采用反解的方法.
- 3.
记. 由于解析,故满足Cauchy-Riemann方程:
(2)从中解得.
- 4.
由于解析,且,即,则也解析,从而其虚部为调和函数.
注回忆第四章第2题第(1)问:已知解析证明调和.
- 5.
由于满足Cauchy-Riemann方程,故
(3) - 6.
由题意,,因此新级数收敛半径
(4) - 7.
显然为本性奇点,的全部零点为. 由于,故为2阶极点,其余奇点均为单极点.
- 8.
将在附近作Laurent展开:
(5)由于展开式中仅含偶数次项,的系数即该函数在2处的留数
(6)将在附近作Laurent展开:
(7)当时,解得,因此
(8) - 9.
记,则在上,
(9)又因为在内无零点,由Rouch定理,在内无零点.
二、计算题
- 1.
的奇点为,因此收敛半径为. 在闭域内,
(10)即该级数一致收敛于,因此
(11)因此在附近的Taylor展开式为
(12)注总之写Taylor展开式时别忘了收敛域.
- 2.
将分解后展开:
(13)注Taylor级数的乘积通常极难化简,因此通常思路是化为加减.
- 3.
记为从0到的直线段,闭路为与相连形成的正向曲线,则
(14)被积函数的奇点和前者在内,后者不在,即所包围的区域内至多包含奇点. 以下分两种情况讨论:
- (a).
点不在所围成的区域内,则由Cauchy积分定理,
(15) - (b).
点在所围成的区域内,此时必定有. 由Cauchy积分公式,
(16)
- (a).
- 4.
记所包围的区域为,则分四种情况讨论.
- (a).
,则记此时闭路为,由Cauchy积分定理,
(17) - (b).
且,则记此时闭路为,由Cauchy积分公式,
(18) - (c).
且,则记此时闭路为,由Cauchy积分公式,
(19) - (d).
,则记此时闭路为,由多连通域的Cauchy积分定理,
(20)
- (a).
- 5.
注意到
(21)同时
(22)即. 记,则取正向闭曲线,由Cauchy积分公式,
(23)因此原积分为
(24) - 6.
利用三倍角公式将原积分化为:
(25)其中已利用
(26)记,则仅有单极点:
(27)取正向闭路为直线段与上半圆周、的组合,则在上,
(28)由引理1,
(29)在上,前已求得,由引理2,
(30)令,由Cauchy积分定理,
(31)由于被积函数为偶函数,故
(32)注第一点,高次三角函数通常的处理方式是对其进行降次扩角,否则用指数形式表示很麻烦;第二点,降次扩角后通常对分母进行分部积分,以降低分母幂函数的次数;第三点,引理1和引理2的内容还是得记清楚,毕竟积分不是教材里给的几种标准积分形式任一. 反正这样处理后与第六章第6题第(5)问的后续计算基本一致了.
三、综合题
- 1.
由本函数的微分法与积分法,
(33)因此对微分方程两端作Laplace变换得
(34)因此
(35)因此结合位移定理,反变换得
(36)注Laplace变换放综合题有时计算非常非常麻烦,我那一年的卷子Laplace变换放在了压轴题,两个变换算了半个小时还错了一个. 所以考试中在大题碰到后一定要仔细掂量,算到一半发现计算量不对的时候赶紧润,别上头了.
- 2.
设,其中分别在附近解析且,因此
(37)可见分别在附近解析,则均为在所包围区域内的单极点,由留数定理,
(38) - 3.
由于平面上两圆周相切于,因此作分式线性变换
(39)对于外圆周,反解得
(40)即外圆周变为虚轴. 类似地,
(41)即内圆周变为,原区域变为两直线所围区域,即. 再作变换
(42)将该条形域变为条形域,此时作变换
(43)可将该条形域化为角域,即. 注意到对应,因此最后的分式线性变换由题意需满足,从而,因此分式线性变换可写为
(44)综合以上变换,总变换可写为
(45)示意图略.
注也是一类典型区域——相切的内外圆间的区域,具体处理方法就参考这道题吧,虽然变换未必是最简单的,但至少可以像套公式一样不太需要动脑子.
- 4.
在上,考虑解析函数或,希望分别在和两个区间内取值,且. 这样两个函数的模在对应区间上的最大值分别为2和3,乘积恰好为待证结论中的上限. 有两种考虑:和. 前者可构造,对应解析函数为. 但后续证明较繁琐,请同学们自行尝试. 后者可构造,对应解析函数为. 显然在内解析,由最大模原理,
(46)即,上式第二个等号成立当且仅当存在模为1的,使得或.