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高等数学试题分析(2017):9.1.3计算题解答

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:;n=0,±1,±2,…当k=0时,f在|z|=3π内有三个奇点z=0,z=2πi,z=-2πi,且均为一级极点,所以当k=-1时,f在|z|=3π内只有一个奇点z=2π,且为一级极点,所以当k=1时,f在|z|=3π内只有一个奇点z=-2π,且为一级极点,所以当k=±2,±3,…

高等数学试题分析(2017):9.1.3计算题解答

1.已知解析函数f(z)的虚部v(x,y)=2xy-y,且f(0)=0,试求f(z)的表达式,并用z表示.

分析 本题需要用到解析函数f(z)的实部u(x,y)与虚部v(x,y)应该满足Cauchy-Riemann条件这一结论;要将f(z)用z 表示,只需在f(z)的表达式中取y=0得f(x)的表达式,然后将x 换为z 即可.

解 根据解析函数的Cauchy-Riemann条件,有

所以u(x,y)=x2-x+φ(y),从而

所以u(x,y)=x2-x-y2+C,得

f(z)=u(x,y)+iv(x,y)=x2-x-y2+C+i(2xy-y)

由于f(0)=0得C=0,取y=0得f(x)=x2-x,然后将x 换为z,即得

f(z)=z2-z

2.设f(z)=u(x,y)+iv(x,y)为解析函数,若

u-v=(x-y)(x2+4xy+y2

求f(z),并单独用z表示之.

分析 在所给等式两边求偏导数,再利用解析函数的Cauchy-Riemann条件解出然后再求出u,v.

解 f(z)=u(x,y)+iv(x,y)为解析函数,所以满足Cauchy-Riemann方程:

等式u-v=(x-y)(x2+4xy+y2)两边对x,y 求偏导数,得

解得

从而

所以

φ=-y3+C, u=3x2y-y3+C, v=-x3+3xy2+C

从而

3.确定正常数α,使得函数u(x,y)=eαxsin3y为调和函数,并求以u(x,y)为实部的解析函数f(z)(要求用复变量z表示).

分析 利用调和函数的定义求出α,其他同上两题.

解 根据调和函数的定义,有

所以α=3,u(x,y)=e3xsin3y,则

从而φ′=0,φ=C,v=-e3xcos3y+C,故

f(z)=e3xsin3y+i(-e3xcos3y+C)=-i(e3z-C)

4.设解析函数f(z)=u+iv,其中u=φ(x2+y2),φ具有二阶连续导数,φ(1)=0,φ′(1)=1,求:

(1)函数φ(t)的表达式;

(2)f(z)的表达式(单独用复变量z表示).

分析 本题需要用到解析函数的实部、虚部均为调和函数这一结论.

解 由=4(x2+y2)φ″+4φ′=0,解得

φ=C1ln(x2+y2)+C2

由φ(1)=0,φ′(1)=1,得C1=1,C2=0.所以(www.xing528.com)

从而

5.计算复积分dz,其中|z|=2取逆时针方向.

解 记f(z)=,由留数定理得

6.计算复积分dz,其中|z|=3π取逆时针方向.

解 记

则f(z)的奇点为

z=-2kπ+2nπi, k=0,±1,±2,…;n=0,±1,±2,…

(1)当k=0时,f(z)在|z|=3π内有三个奇点z=0,z=2πi,z=-2πi,且均为一级极点,所以

(2)当k=-1时,f(z)在|z|=3π内只有一个奇点z=2π,且为一级极点,所以

(3)当k=1时,f(z)在|z|=3π内只有一个奇点z=-2π,且为一级极点,所以

(4)当k=±2,±3,… 时,f(z)在曲线|z|=3π所围成的区域上解析,故

7.计算复积分,其中C为任一包含z=0,z=1的正向简单闭曲线.

解 记f(z)=,则z=0,z=1分别是f(z)的三级极点和一级极点.由留数定理得

8.设f(z)=

(1)把f(z)在去心邻域0<|z-1|<2内展成Laurent级数;

(2)把f(z)在以z=-2为中心的各圆环域内展成Laurent级数.

分析 此题主要考查将函数在圆环域内展成Laurent级数的方法.

(2)以z=-2为中心的各圆环域共有三个,即

|z+2|<1, 1<|z+2|<3, 3<|z+2|<+∞

①|z+2|<1

②1<|z+2|<2

③3<|z+2|<+∞

9.求f(z)=在单位圆内的奇点与留数.

解 z=0是f(z)=在单位圆内的唯一奇点,且是一级极点,则有

10.利用留数计算定积分

解 记f(z)=它在上半平面内有3个一级极点于是

11.利用留数计算定积分

解 记f(z)=,它在上半平面内有1个一级极点i,于是

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