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求留数专项:高阶极点公式

消去实际极点,求 m−1m-1 阶导数,并除以 (m−1)!(m-1)!。 本套共 5 题,按基础计算、条件辨析和方法核对逐步练习。

先独立完成奇点类型、所选公式和计算结果,再展开提示或解析。自由作答题按推导过程自评,不要求答案文字完全一致。

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1. 平移后的二阶极点

用高阶极点公式求 f(z)=ez/(z−1)2f(z)=e^z/(z-1)^2 在 z=1z=1 的留数。

提示

二阶极点只需一阶导数。

参考答案与解析

结果:ee。

m=2m=2,消去极点后 g(z)=(z−1)2f(z)=ezg(z)=(z-1)^2f(z)=e^z。留数为 g′(1)/1!=eg^prime(1)/1!=e。不是 g(1)g(1) 对所有阶数都成立,而是本题导数恰好等于原函数。

题库编号:q-000065。

2. 两个二阶极点之一

求 f(z)=1/(z2+1)2f(z)=1/(z^2+1)^2 在 z=iz=i 的留数。

提示

消去 (z−i)2(z-i)^2 后再求导。

参考答案与解析

结果:−i/4-i/4。

写成 1/[(z−i)2(z+i)2]1/[(z-i)^2(z+i)^2],ii 是二阶极点。g(z)=(z+i)−2g(z)=(z+i)^-2,故留数为 g′(i)=−2/(2i)3=−i/4g^prime(i)=-2/(2i)^3=-i/4。另一个因子 z+iz+i 在 ii 处不为零,必须保留在待求导函数里。

题库编号:q-000066。

3. 讲义中的实积分核心留数

用二阶极点公式求 f(z)=z2/(z2+1)2f(z)=z^2/(z^2+1)^2 在 z=iz=i 的留数。

提示

对 z2/(z+i)2z^2/(z+i)^2 求一次导数。

参考答案与解析

结果:−i/4-i/4。

g(z)=z2/(z+i)2g(z)=z^2/(z+i)^2,其导数为 2z/(z+i)2−2z2/(z+i)3=2iz/(z+i)32z/(z+i)^2-2z^2/(z+i)^3=2iz/(z+i)^3。代入 z=iz=i 得 −2/(2i)3=−i/4-2/(2i)^3=-i/4。原点不在此次计算中心,不能以原点泰勒展开替代 ii 附近的局部计算。

题库编号:q-000067。

4. 乘积求导的两项贡献

求 f(z)=ez/[z2(z−1)]f(z)=e^z/[z^2(z-1)] 在 z=0z=0 的留数。

提示

对 ez/(z−1)e^z/(z-1) 整体求导。

参考答案与解析

结果:−2-2。

原点为二阶极点,g(z)=ez/(z−1)g(z)=e^z/(z-1) 在原点解析。g′(z)=ez/(z−1)−ez/(z−1)2g^prime(z)=e^z/(z-1)-e^z/(z-1)^2,所以 g′(0)=−1−1=−2g^prime(0)=-1-1=-2。只对指数求导会漏掉分母因子的贡献。

题库编号:q-000068。

5. 三阶公式的阶乘

求 f(z)=1/[z2(z−1)3]f(z)=1/[z^2(z-1)^3] 在 z=1z=1 的留数。

提示

三阶极点求二阶导数,别忘除以 2!2!。

参考答案与解析

结果:33。

z=1z=1 为三阶极点,g(z)=z−2g(z)=z^-2。g′′(z)=6z−4g^primeprime(z)=6z^-4,所以留数为 g′′(1)/2!=6/2=3g^primeprime(1)/2!=6/2=3。原点的二阶极点与 11 处阶数无关。

题库编号:q-000069。

完成后自检

能否说明公式的适用条件,并用另一种方法核对至少一道题?若仍有困难,先返回方法选择与计算,再做综合题集。

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