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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)=sin⁡z/(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)=−sin⁡w=−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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