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求留数专项:无穷远点与留数总和

读出无穷远展开的 1/z1/z 系数,区分有限留数之和与无穷远点留数。 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. 有限留数和与负号

求 f(z)=(3z+1)/(z2−1)f(z)=(3z+1)/(z^2-1) 的无穷远点留数和全部有限留数之和,并用局部计算核对。

提示

先提取 1/z1/z 系数,再区分两个问题的符号。

参考答案与解析

结果:无穷远点留数 −3-3;有限留数之和 33;1,−11,-1 处留数为 2,12,1。

无穷远展开为 f(z)=3/z+1/z2+O(z−3)f(z)=3/z+1/z^2+O(z^-3)。无穷远点留数是 1/z1/z 系数的负值,所以为 −3-3,有限和为 33。局部商式法给出 (3+1)/2=2(3+1)/2=2 和 (−3+1)/(−2)=1(-3+1)/(-2)=1,和为 33。

题库编号:q-000075。

2. 快速确定四点留数和

不逐个计算极点,求 f(z)=1/(z4+1)f(z)=1/(z^4+1) 的全部有限留数之和及无穷远点留数。

提示

用 1/z1/z 作小量展开。

参考答案与解析

结果:两者均为 00。

f(z)=z−4(1+z−4)−1=z−4−z−8+⋯f(z)=z^-4(1+z^-4)^-1=z^-4-z^-8+cdots,没有 1/z1/z 项,所以无穷远点留数为零,有限留数之和也为零。这里有限极点依然存在,留数和为零不能推出每个留数为零。

题库编号:q-000076。

3. 三次单位根

求 f(z)=z2/(z3−1)f(z)=z^2/(z^3-1) 的无穷远点留数与有限留数之和,再求各有限极点的留数。

提示

比较无穷远展开与商式法。

参考答案与解析

结果:无穷远点留数 −1-1;有限和 11;每个三次单位根处留数为 1/31/3。

f(z)=z−1(1−z−3)−1=z−1+z−4+⋯f(z)=z^-1(1-z^-3)^-1=z^-1+z^-4+cdots,故无穷远点留数为 −1-1,有限和为 11。三个极点 ζ3=1zeta^3=1 互异,Q′(ζ)=3ζ2Q^prime(zeta)=3zeta^2,留数 ζ2/(3ζ2)=1/3zeta^2/(3zeta^2)=1/3。单靠总和不能断定三者相等,需要这一步局部验证。

题库编号:q-000077。

4. 多项式部分不贡献留数

求 f(z)=z3/(z2+1)f(z)=z^3/(z^2+1) 的无穷远点留数与全部有限留数之和。能否直接用 −limz→∞zf(z)-lim_z->infzf(z)?

提示

先进行多项式除法。

参考答案与解析

结果:无穷远点留数 11;有限和 −1-1;不能使用该极限捷径。

先长除得 f(z)=z−z/(z2+1)=z−z−1+O(z−3)f(z)=z-z/(z^2+1)=z-z^-1+O(z^-3)。1/z1/z 系数为 −1-1,故无穷远点留数为 11,有限和为 −1-1。zf(z)zf(z) 含 z2z^2 项而发散,捷径不适用。局部计算在 ±i+/- i 处各得 z3/(2z)=z2/2=−1/2z^3/(2z)=z^2/2=-1/2。

题库编号:q-000078。

5. 总和反求另一点

求 f(z)=(z2+1)/[z2(z−2)]f(z)=(z^2+1)/[z^2(z-2)] 的无穷远点留数,并利用 z=2z=2 处留数反求原点留数。

提示

列出全部有限奇点,确保没有漏项。

参考答案与解析

结果:无穷远点留数 −1-1;z=2z=2 留数 5/45/4;原点留数 −1/4-1/4。

f(z)=z−1(1+z−2)(1−2/z)−1=z−1+O(z−2)f(z)=z^-1(1+z^-2)(1-2/z)^-1=z^-1+O(z^-2),有限和为 11,无穷远点留数为 −1-1。z=2z=2 为单极点,留数为 (22+1)/22=5/4(2^2+1)/2^2=5/4。仅有两个有限极点,故原点留数 1−5/4=−1/41-5/4=-1/4;也可对 (z2+1)/(z−2)(z^2+1)/(z-2) 在原点求一次导数核对。

题库编号:q-000079。

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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