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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