求留数专项:单极点极限法
先约分判定是否为一阶极点,再消去一次因子并取极限。 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. 约去单极点因子
用极限法求 𝑓(𝑧) =(𝑧 +2)/[(𝑧 −1)(𝑧 +3)]f(z)=(z+2)/[(z-1)(z+3)] 在 𝑧 =1z=1 的留数。
提示
先计算 (𝑧 −1)𝑓(𝑧)(z-1)f(z)。
参考答案与解析
结果:3/43/4。
𝑧 =1z=1 处只有一次分母因子,分子非零。消去它后,(𝑧 −1)𝑓(𝑧) =(𝑧 +2)/(𝑧 +3)(z-1)f(z)=(z+2)/(z+3) 在 11 解析,取值为 3/43/4。
题库编号:q-000055。
2. 分母另一因子的符号
用极限法求 𝑓(𝑧) =𝑒𝑧/[𝑧(𝑧 −2)]f(z)=e^z/[z(z-2)] 在 𝑧 =0z=0 的留数。
提示
消去 𝑧z,再代入原点。
参考答案与解析
结果:−1/2-1/2。
原点为一阶极点。𝑧𝑓(𝑧) =𝑒𝑧/(𝑧 −2)zf(z)=e^z/(z-2) 在原点解析,极限为 𝑒0/(0 −2) = −1/2e^0/(0-2)=-1/2。负号来自另一个分母因子,不能把 𝑧 −2z-2 写成 2 −𝑧2-z。
题库编号:q-000056。
3. 看似单极点的可去点
判断 𝑓(𝑧) =sin𝑧/(𝑧 −𝜋)f(z)=sin z/(z-pi) 在 𝑧 =𝜋z=pi 的奇点类型并求留数;若可去,求延拓值。
提示
检查分子在 𝜋pi 处是否也为零。
参考答案与解析
结果:可去奇点;留数为 00;延拓值为 −1-1。
令 𝑤 =𝑧 −𝜋w=z-pi,sin(𝜋+𝑤) = −sin𝑤 = −𝑤 +𝑂(𝑤3)sin(pi+w)=-sin w=-w+O(w^3),故 𝑓 = −1 +𝑂(𝑤2)f=-1+O(w^2)。分子的一阶零点抵消分母,主部为零,留数为零,延拓值为 −1-1。lim(𝑧 −𝜋)𝑓(𝑧) =0lim(z-pi)f(z)=0 并不证明这里是单极点。
题库编号:q-000057。
4. 约分改变奇点分类
求 𝑓(𝑧) =(𝑧 −1)/(𝑧2 −1)f(z)=(z-1)/(z^2-1) 在 𝑧 =1, −1z=1,-1 的留数,并分别判定奇点类型。
提示
𝑧2 −1 =(𝑧 −1)(𝑧 +1)z^2-1=(z-1)(z+1)。
参考答案与解析
结果:𝑧 =1z=1 可去,留数 00;𝑧 = −1z=-1 为一阶极点,留数 11。
在原定义域上约分得 𝑓(𝑧) =1/(𝑧 +1)f(z)=1/(z+1)。在 𝑧 =1z=1 可补定义 𝑓(1) =1/2f(1)=1/2,留数为零;在 𝑧 = −1z=-1,lim𝑧→−1(𝑧 +1)𝑓(𝑧) =1lim_z->-1(z+1)f(z)=1,因此是一阶极点,留数为 11。
题库编号:q-000058。
5. 傅里叶核的单极点
设 𝑎 >0a>0,用极限法求 𝑓(𝑧) =𝑒𝑖𝑧/(𝑧2 +𝑎2)f(z)=e^iz/(z^2+a^2) 在 𝑧 =𝑖𝑎z=ia 的留数。
提示
分母分解为两个不同的一次因子。
参考答案与解析
结果:𝑒−𝑎/(2𝑖𝑎)e^-a/(2ia)。
𝑧2 +𝑎2 =(𝑧 −𝑖𝑎)(𝑧 +𝑖𝑎)z^2+a^2=(z-ia)(z+ia),且 𝑖𝑎 ≠ −𝑖𝑎iane-ia。消去 𝑧 −𝑖𝑎z-ia 后得到 𝑒𝑖𝑧/(𝑧 +𝑖𝑎)e^iz/(z+ia),在 𝑖𝑎ia 的值为 𝑒−𝑎/(2𝑖𝑎)e^-a/(2ia)。指数因子中的 𝑖2 = −1i^2=-1 给出衰减符号。
题库编号:q-000059。
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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