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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