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2024年度春学期 応用数学(解析)第13回 孤立特異点と留数 (2024. 7. 4)

2024年度春学期 応用数学(解析)第13回 孤立特異点と留数 (2024. 7. 4)

関西大学総合情報学部 応用数学(解析)(担当・浅野晃)
http://racco.mikeneko.jp/Kougi/2024s/AMA/

Akira Asano

June 23, 2024
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  1. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 こんな積分は 3 まっとうには計算できません。 そこで ∞ −∞ 1

    x4 + 1 dx 1 x 数直線を 実部 y 虚部 複素平面に拡張 z = x + yi こういう周C上で C C 1 z4 + 1 dz     を計算すると 上の積分も求まる
  2. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分定理 5 複素関数 f(z) が,領域 D での正則関数で

    経路 C が, D 内にある単純閉曲線ならば ず C f(z)dz = 0 積分定   −1 −0.5 0 0.5 1 −1 −0.5 0 0.5 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 f(z) = ez
  3. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分定理 5 複素関数 f(z) が,領域 D での正則関数で

    経路 C が, D 内にある単純閉曲線ならば ず C f(z)dz = 0 積分定   −1 −0.5 0 0.5 1 −1 −0.5 0 0.5 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 f(z) = ez
  4. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分定理 5 複素関数 f(z) が,領域 D での正則関数で

    経路 C が, D 内にある単純閉曲線ならば ず C f(z)dz = 0 積分定   −1 −0.5 0 0.5 1 −1 −0.5 0 0.5 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 f(z) = ez 積分は0
  5. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ここからの話は 6 正則でない点を囲んで積分したら? f(z) = 1 /

    z −1 −0.5 0 0.5 1 −1 −0.5 0 0.5 1 −20 −15 −10 −5 0 5 10 15 20 積分は? 正則でない「穴」によって決まる
  6. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 8 関数をべき級数で表して,各項の積分を考えるため f(z) = zn

    を,単位円周C に沿って正の向きに回って積分する 複素平面において 原点を中心とする 半径1の円周
  7. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 8 関数をべき級数で表して,各項の積分を考えるため f(z) = zn

    を,単位円周C に沿って正の向きに回って積分する 複素平面において 原点を中心とする 半径1の円周 実軸 虚軸 1 1
  8. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 8 関数をべき級数で表して,各項の積分を考えるため f(z) = zn

    を,単位円周C に沿って正の向きに回って積分する 複素平面において 原点を中心とする 半径1の円周 実軸 虚軸 1 1
  9. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 8 関数をべき級数で表して,各項の積分を考えるため f(z) = zn

    を,単位円周C に沿って正の向きに回って積分する 複素平面において 原点を中心とする 半径1の円周 実軸 虚軸 1 1 正の向き
  10. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 9 n = 0, 1,

    2, … のとき f(z) = z0, z1, z2, … が単位円周C の内部で正則なので 。 C f(z)dz = 0 コーシーの積分定理により
  11. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 10 n = –1, –2,

    –3, … のとき ややこしいので,あらためて とおいて とする f(z) = 1 zn n = 1,2,3,…
  12. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 10 n = –1, –2,

    –3, … のとき ややこしいので,あらためて とおいて とする f(z) = 1 zn n = 1,2,3,… 経路 C 上では z = eiθ (0 θ < 2π) 実軸 虚軸 1 1 C
  13. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 10 n = –1, –2,

    –3, … のとき ややこしいので,あらためて とおいて とする f(z) = 1 zn n = 1,2,3,… 経路 C 上では z = eiθ (0 θ < 2π) 実軸 虚軸 1 1 C 1 zn = 1 (eiθ)n = e−inθ つまり
  14. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 10 n = –1, –2,

    –3, … のとき ややこしいので,あらためて とおいて とする f(z) = 1 zn n = 1,2,3,… C f(z)dz = 2π 0 e−inθ dz dθ dθ = 2π 0 e−inθieiθdθ = i 2π 0 ei(1−n)θdθ 経路 C 上では z = eiθ (0 θ < 2π) 実軸 虚軸 1 1 C 1 zn = 1 (eiθ)n = e−inθ つまり よって
  15. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 10 n = –1, –2,

    –3, … のとき ややこしいので,あらためて とおいて とする f(z) = 1 zn n = 1,2,3,… C f(z)dz = 2π 0 e−inθ dz dθ dθ = 2π 0 e−inθieiθdθ = i 2π 0 ei(1−n)θdθ 経路 C 上では z = eiθ (0 θ < 2π) 実軸 虚軸 1 1 C 置換積分 1 zn = 1 (eiθ)n = e−inθ つまり よって
  16. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 11 について f(z) = 1

    zn C 1 z dz = i 2π 0 ei(1−n)θdθ n = 1 = i 2π 0 dθ = 2πi n = 2, 3, … のとき n = 1のとき
  17. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 11 について f(z) = 1

    zn C 1 z dz = i 2π 0 ei(1−n)θdθ n = 1 = i 2π 0 dθ = 2πi n = 2, 3, … のとき C 1 zn dz = i i(1 − n) ei(1−n)θ 2π 0 = 1 1 − n e2(1−n)πi − 1 n = 1のとき
  18. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 11 について f(z) = 1

    zn C 1 z dz = i 2π 0 ei(1−n)θdθ n = 1 = i 2π 0 dθ = 2πi n = 2, 3, … のとき C 1 zn dz = i i(1 − n) ei(1−n)θ 2π 0 = 1 1 − n e2(1−n)πi − 1 e2(1−n)πi = cos(2(1 − n)π) + i sin(2(1 − n)π) = 1 より n = 1のとき
  19. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 11 について f(z) = 1

    zn C 1 z dz = i 2π 0 ei(1−n)θdθ n = 1 = i 2π 0 dθ = 2πi n = 2, 3, … のとき C 1 zn dz = i i(1 − n) ei(1−n)θ 2π 0 = 1 1 − n e2(1−n)πi − 1 e2(1−n)πi = cos(2(1 − n)π) + i sin(2(1 − n)π) = 1 より C 1 zn dz = 0 n = 1のとき
  20. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 12 つまり C 1 zn

    dz = 2πi n = 1 0 n = 2, 3, . . .     C 1 z dz =2πi また,a を中心とする半径1の円周をC とすると
  21. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 12 つまり C 1 zn

    dz = 2πi n = 1 0 n = 2, 3, . . .     C 1 z dz =2πi また,a を中心とする半径1の円周をC とすると 実軸 虚軸 C a
  22. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 zn の積分を考える 12 つまり C 1 zn

    dz = 2πi n = 1 0 n = 2, 3, . . .     C 1 z dz =2πi また,a を中心とする半径1の円周をC とすると C 1 (z − a)n dz = 2πi n = 1 0 n = 2, 3, . . . 実軸 虚軸 C a
  23. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 14 正則関数の任意の点での値は,その点を囲む閉曲線上の値だけできまる 領域 D で正則な関数 f

    の,点 z における値 f(z) は, D 内で点 z を囲み,正の方向に1周する閉曲線 C 上の積分 f(z) = 1 2πi C f(ζ) ζ − z dζ で表される z = 0 のときは,原点を囲み,正の方向に1周する閉曲線 C 上の積分 f(0) = 1 2πi C f(ζ) ζ dζ で表される
  24. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 15 −1 −0.5 0 0.5 1

    −1 −0.5 0 0.5 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 f(z) = ez 正則関数の任意の点での値は,その点を囲む閉曲線上の値だけできまる
  25. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 15 −1 −0.5 0 0.5 1

    −1 −0.5 0 0.5 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 f(z) = ez 正則関数の任意の点での値は,その点を囲む閉曲線上の値だけできまる 正則関数は 「折り目なく」 曲がっているから,
  26. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 15 −1 −0.5 0 0.5 1

    −1 −0.5 0 0.5 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 f(z) = ez 正則関数の任意の点での値は,その点を囲む閉曲線上の値だけできまる 正則関数は 「折り目なく」 曲がっているから,
  27. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 15 −1 −0.5 0 0.5 1

    −1 −0.5 0 0.5 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 f(z) = ez 正則関数の任意の点での値は,その点を囲む閉曲線上の値だけできまる 正則関数は 「折り目なく」 曲がっているから, 周囲(囲む閉曲線上)の値によって その中心の値が決まってしまっても 不思議ではない
  28. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で を積分 f(ζ) ζ 関数
  29. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で を積分 f(ζ) ζ 関数
  30. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で を積分 f(ζ) ζ 関数
  31. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で を積分 f(ζ) ζ 関数
  32. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で を積分 f(ζ) ζ 関数
  33. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で を積分 f(ζ) ζ 関数
  34. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で を積分 f(ζ) ζ 関数
  35. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で を積分 f(ζ) ζ 関数
  36. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で を積分 f(ζ) ζ 関数
  37. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で 原点では正則でないが を積分 f(ζ) ζ 関数
  38. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で 原点では正則でないが グレーの部分では正則 を積分 f(ζ) ζ 関数
  39. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 16 f(0) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ dζ のほうの証明を考える O C Cr P Q 原点 こういう経路で 原点では正則でないが グレーの部分では正則 を積分 f(ζ) ζ 関数 コーシーの積分定理により, 積分=0
  40. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0
  41. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0
  42. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0
  43. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0
  44. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0 同じ経路を逆方向だから       打ち消し合う
  45. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0 同じ経路を逆方向だから       打ち消し合う
  46. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0 同じ経路を逆方向だから       打ち消し合う
  47. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0 C とは逆回りだからマイナス 同じ経路を逆方向だから       打ち消し合う
  48. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0 C とは逆回りだからマイナス 同じ経路を逆方向だから       打ち消し合う −Cr f(ζ) ζ dζ = − Cr f(ζ) ζ dζ    
  49. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 17 O C Cr P Q

    グレーの部分では正則 コーシーの積分定理により, C f(ζ) ζ dζ + Q P f(ζ) ζ dζ + −Cr f(ζ) ζ dζ + P Q f(ζ) ζ dζ = 0 C とは逆回りだからマイナス 同じ経路を逆方向だから       打ち消し合う −Cr f(ζ) ζ dζ = − Cr f(ζ) ζ dζ     つまり C f(ζ) ζ dζ = Cr f(ζ) ζ dζ
  50. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 18 O C Cr P Q

    内側の円の半径→0とすると C f(ζ) ζ dζ = Cr f(ζ) ζ dζ     Cr f(0) ζ dζ       に収束する(詳細略)
  51. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 18 O C Cr P Q

    内側の円の半径→0とすると C f(ζ) ζ dζ = Cr f(ζ) ζ dζ     Cr f(0) ζ dζ       に収束する(詳細略) Cr f(0) ζ dζ = f(0) Cr 1 ζ dζ = 2πif(0)    
  52. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 18 O C Cr P Q

    内側の円の半径→0とすると C f(ζ) ζ dζ = Cr f(ζ) ζ dζ     Cr f(0) ζ dζ       に収束する(詳細略) Cr f(0) ζ dζ = f(0) Cr 1 ζ dζ = 2πif(0)    
  53. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 18 O C Cr P Q

    内側の円の半径→0とすると C f(ζ) ζ dζ = Cr f(ζ) ζ dζ     Cr f(0) ζ dζ       に収束する(詳細略) Cr f(0) ζ dζ = f(0) Cr 1 ζ dζ = 2πif(0)    
  54. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 18 O C Cr P Q

    内側の円の半径→0とすると C f(ζ) ζ dζ = Cr f(ζ) ζ dζ     Cr f(0) ζ dζ       に収束する(詳細略) Cr f(0) ζ dζ = f(0) Cr 1 ζ dζ = 2πif(0)     よって
  55. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 18 O C Cr P Q

    内側の円の半径→0とすると C f(ζ) ζ dζ = Cr f(ζ) ζ dζ     Cr f(0) ζ dζ       に収束する(詳細略) Cr f(0) ζ dζ = f(0) Cr 1 ζ dζ = 2πif(0)     よって f(0) = 1 2πi C f(ζ) ζ dζ
  56. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 コーシーの積分公式 18 O C Cr P Q

    内側の円の半径→0とすると C f(ζ) ζ dζ = Cr f(ζ) ζ dζ     Cr f(0) ζ dζ       に収束する(詳細略) Cr f(0) ζ dζ = f(0) Cr 1 ζ dζ = 2πif(0)     よって f(0) = 1 2πi C f(ζ) ζ dζ ※コーシーの積分公式から,   「正則関数は何度でも微分できる」ことが   導かれる(概略は付録で)
  57. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ここからの見通し 20 孤立特異点とは f(z) = 1 /

    z −1 −0.5 0 0.5 1 −1 −0.5 0 0.5 1 −20 −15 −10 −5 0 5 10 15 20 こういう,正則関数にあいた「穴」 (1点を除いて正則)
  58. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ここからの見通し 21 孤立特異点をもつ関数について 孤立特異点の周りの積分を使って 関数が級数に展開できる(ローラン級数展開) −1 −0.5

    0 0.5 1 −1 −0.5 0 0.5 1 −20 −15 −10 −5 0 5 10 15 20 ローラン級数を積分することで 孤立特異点の周りの積分は 「留数」だけで表されることがわかる 留数を別途求められれば,積分が簡単に求まる
  59. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 23 f(z) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ 1 ζ − z = 1 (ζ − a) − (z − a) = 1 ζ − a · 1 1 − z − a ζ − a
  60. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 23 f(z) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ 1 ζ − z = 1 (ζ − a) − (z − a) = 1 ζ − a · 1 1 − z − a ζ − a
  61. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 23 等比級数の和の形 f(z) = 1 2πi

    C f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ 1 ζ − z = 1 (ζ − a) − (z − a) = 1 ζ − a · 1 1 − z − a ζ − a
  62. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 23 等比級数の和の形 f(z) = 1 2πi

    C f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ 1 ζ − z = 1 (ζ − a) − (z − a) = 1 ζ − a · 1 1 − z − a ζ − a
  63. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 23 等比級数の和の形 f(z) = 1 2πi

    C f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ 1 ζ − z = 1 (ζ − a) − (z − a) = 1 ζ − a · 1 1 − z − a ζ − a ζ は外側の経路上だから a C Cʹ P Q Cʹʹ
  64. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 23 等比級数の和の形 f(z) = 1 2πi

    C f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ 1 ζ − z = 1 (ζ − a) − (z − a) = 1 ζ − a · 1 1 − z − a ζ − a ζ は外側の経路上だから a C Cʹ P Q Cʹʹ 絶対値が1より小さく,収束する
  65. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 23 等比級数の和の形 f(z) = 1 2πi

    C f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ 1 ζ − z = 1 (ζ − a) − (z − a) = 1 ζ − a · 1 1 − z − a ζ − a ζ は外側の経路上だから a C Cʹ P Q Cʹʹ 絶対値が1より小さく,収束する 1 ζ − z = 1 ζ − a 1 + z − a ζ − a + z − a ζ − a 2 + · · ·
  66. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 24 f(z) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ 1 ζ − z = 1 ζ − a 1 + z − a ζ − a + z − a ζ − a 2 + · · ·    
  67. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 24 f(z) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ 1 ζ − z = 1 ζ − a 1 + z − a ζ − a + z − a ζ − a 2 + · · ·    
  68. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 24 f(z) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ こちらの ζ は内側の経路上 1 ζ − z = 1 ζ − a 1 + z − a ζ − a + z − a ζ − a 2 + · · ·     a C Cʹ P Q Cʹʹ
  69. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 24 f(z) = 1 2πi C

    f(ζ) ζ − z dζ − 1 2πi C′ f(ζ) ζ − z dζ こちらの ζ は内側の経路上 1 ζ − z = 1 ζ − a 1 + z − a ζ − a + z − a ζ − a 2 + · · ·     a C Cʹ P Q Cʹʹ 1 ζ − z = −1 ζ − a 1 + ζ − a z − a + ζ − a z − a 2 + · · ·
  70. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 25 以上から f(z) = · ·

    · + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · an = 1 2πi C f(ζ) (ζ − a)n+1 dζ (n = 0, 1, 2, . . . ) a−n = 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ (n = 1, 2, . . . )
  71. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 25 以上から f(z) = · ·

    · + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · an = 1 2πi C f(ζ) (ζ − a)n+1 dζ (n = 0, 1, 2, . . . ) a−n = 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ (n = 1, 2, . . . ) 孤立特異点 a のまわりのローラン級数
  72. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 26 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · an = 1 2πi C f(ζ) (ζ − a)n+1 dζ (n = 0, 1, 2, . . . ) a−n = 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ (n = 1, 2, . . . )
  73. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 26 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · an = 1 2πi C f(ζ) (ζ − a)n+1 dζ (n = 0, 1, 2, . . . ) a−n = 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ (n = 1, 2, . . . ) ところで a C Cʹ P Q Cʹʹ
  74. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 26 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · an = 1 2πi C f(ζ) (ζ − a)n+1 dζ (n = 0, 1, 2, . . . ) a−n = 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ (n = 1, 2, . . . ) ところで グレーの部分で f(z) は正則なので, コーシーの積分定理より 1 2πi C f(ζ)(ζ − a)n−1dζ − 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ = 0 (n = 1, 2, . . . ) a C Cʹ P Q Cʹʹ
  75. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 26 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · an = 1 2πi C f(ζ) (ζ − a)n+1 dζ (n = 0, 1, 2, . . . ) a−n = 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ (n = 1, 2, . . . ) ところで グレーの部分で f(z) は正則なので, コーシーの積分定理より 1 2πi C f(ζ)(ζ − a)n−1dζ − 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ = 0 (n = 1, 2, . . . ) a C Cʹ P Q Cʹʹ
  76. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 ローラン級数展開 26 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · an = 1 2πi C f(ζ) (ζ − a)n+1 dζ (n = 0, 1, 2, . . . ) a−n = 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ (n = 1, 2, . . . ) ところで グレーの部分で f(z) は正則なので, コーシーの積分定理より よって,a–n も an で表すことができて an = 1 2πi C f(ζ)(ζ − a)−n−1dζ (n = 0, ±1, ±2, . . . ) 1 2πi C f(ζ)(ζ − a)n−1dζ − 1 2πi C′ f(ζ)(ζ − a)n−1dζ = 0 (n = 1, 2, . . . ) a C Cʹ P Q Cʹʹ
  77. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 留数 28 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · 関数 f(z) をローラン級数展開して, C′′ に沿って積分 a C Cʹ P Q Cʹʹ
  78. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 留数 28 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · 関数 f(z) をローラン級数展開して, C′′ に沿って積分 a C Cʹ P Q Cʹʹ
  79. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 留数 28 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · 関数 f(z) をローラン級数展開して, C′′ に沿って積分 a C Cʹ P Q Cʹʹ 積分するとここしか残らない ここの積分は 2πi
  80. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 留数 28 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · 関数 f(z) をローラン級数展開して, C′′ に沿って積分 a C Cʹ P Q Cʹʹ 積分するとここしか残らない ここの積分は 2πi つまり
  81. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 留数 28 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · 関数 f(z) をローラン級数展開して, C′′ に沿って積分 a C Cʹ P Q Cʹʹ 積分するとここしか残らない ここの積分は 2πi a−1 = 1 2πi C′′ f(z)dz     つまり
  82. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 留数 28 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · 関数 f(z) をローラン級数展開して, C′′ に沿って積分 a C Cʹ P Q Cʹʹ 積分するとここしか残らない ここの積分は 2πi a−1 = 1 2πi C′′ f(z)dz     つまり f(z) の孤立特異点 a における[留数 (residue)]という
  83. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 留数 28 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · 関数 f(z) をローラン級数展開して, C′′ に沿って積分 a C Cʹ P Q Cʹʹ 積分するとここしか残らない ここの積分は 2πi a−1 = 1 2πi C′′ f(z)dz     つまり f(z) の孤立特異点 a における[留数 (residue)]という Res(a; f)
  84. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 留数 28 f(z) = · · ·

    + a−n (z − a)n + a−(n−1) (z − a)n−1 + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · + an−1(z − a)n−1 + an(z − a)n + · · · 関数 f(z) をローラン級数展開して, C′′ に沿って積分 a C Cʹ P Q Cʹʹ 積分するとここしか残らない ここの積分は 2πi a−1 = 1 2πi C′′ f(z)dz     つまり f(z) の孤立特異点 a における[留数 (residue)]という Res(a; f) 留数を別の方法で求められれば, f(z) の積分は簡単に計算できる
  85. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」 29 ローラン級数が(左側が…でなくて) a-n から始まるような孤立特異点を,[n位の極]という f(z) =

    a−n (z − a)n + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · (z − a)nf(z) = a−n + a−n+1(z − a) + · · · + a−1(z − a)n−1 + a0(z − a)n + · · · このとき,両辺を (z − a)n 倍すると
  86. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」 29 ローラン級数が(左側が…でなくて) a-n から始まるような孤立特異点を,[n位の極]という f(z) =

    a−n (z − a)n + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · (z − a)nf(z) = a−n + a−n+1(z − a) + · · · + a−1(z − a)n−1 + a0(z − a)n + · · · このとき,両辺を (z − a)n 倍すると つまり, lim z→a (z − a)n f(z) = a−n
  87. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」 29 ローラン級数が(左側が…でなくて) a-n から始まるような孤立特異点を,[n位の極]という f(z) =

    a−n (z − a)n + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · (z − a)nf(z) = a−n + a−n+1(z − a) + · · · + a−1(z − a)n−1 + a0(z − a)n + · · · このとき,両辺を (z − a)n 倍すると つまり, lim z→a (z − a)n f(z) = a−n a が1位の極なら lim z→a (z − a)f(z) = a−1
  88. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」と留数 30 さて, a が n位の極のとき, f(z)

    = a−n (z − a)n + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · (z − a)nf(z) = a−n + a−n+1(z − a) + · · · + a−1(z − a)n−1 + a0(z − a)n + · · · 両辺を (z − a)n 倍して
  89. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」と留数 30 さて, a が n位の極のとき, f(z)

    = a−n (z − a)n + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · 両辺を (n – 1) 回微分すると (z − a)nf(z) = a−n + a−n+1(z − a) + · · · + a−1(z − a)n−1 + a0(z − a)n + · · · 両辺を (z − a)n 倍して
  90. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」と留数 30 さて, a が n位の極のとき, f(z)

    = a−n (z − a)n + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · 両辺を (n – 1) 回微分すると dn−1 dzn−1 (z − a)nf(z) = (n − 1)!a−1 + n! 1! a0(z − a) + (n + 1)! 2! a1(z − a)2 + · · · (z − a)nf(z) = a−n + a−n+1(z − a) + · · · + a−1(z − a)n−1 + a0(z − a)n + · · · 両辺を (z − a)n 倍して
  91. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」と留数 30 さて, a が n位の極のとき, f(z)

    = a−n (z − a)n + · · · + a−1 z − a + a0 + a1(z − a) + · · · 両辺を (n – 1) 回微分すると dn−1 dzn−1 (z − a)nf(z) = (n − 1)!a−1 + n! 1! a0(z − a) + (n + 1)! 2! a1(z − a)2 + · · · 微分によって, の手前の項まで消える a−1 (z − a)nf(z) = a−n + a−n+1(z − a) + · · · + a−1(z − a)n−1 + a0(z − a)n + · · · 両辺を (z − a)n 倍して
  92. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」と留数 31 dn−1 dzn−1 (z − a)nf(z)

    = (n − 1)!a−1 + n! 1! a0(z − a) + (n + 1)! 2! a1(z − a)2 + · · · z→a とすると,これらの項は0
  93. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」と留数 31 dn−1 dzn−1 (z − a)nf(z)

    = (n − 1)!a−1 + n! 1! a0(z − a) + (n + 1)! 2! a1(z − a)2 + · · · z→a とすると,これらの項は0 つまり留数は Res(a; f) = a−1 = 1 (n − 1)! lim z→a dn−1 dzn−1 (z − a)nf(z)
  94. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」と留数 31 dn−1 dzn−1 (z − a)nf(z)

    = (n − 1)!a−1 + n! 1! a0(z − a) + (n + 1)! 2! a1(z − a)2 + · · · z→a とすると,これらの項は0 つまり留数は Res(a; f) = a−1 = 1 (n − 1)! lim z→a dn−1 dzn−1 (z − a)nf(z) 1位の極なら Res(a; f ) = a−1 = lim z→a (z − a)f(z)
  95. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 「n位の極」と留数 31 dn−1 dzn−1 (z − a)nf(z)

    = (n − 1)!a−1 + n! 1! a0(z − a) + (n + 1)! 2! a1(z − a)2 + · · · z→a とすると,これらの項は0 つまり留数は Res(a; f) = a−1 = 1 (n − 1)! lim z→a dn−1 dzn−1 (z − a)nf(z) 以上から, 孤立特異点を囲んだ閉曲線上の f(z) の積分は留数で表され, しかも n 位の極については,留数は別途求まるので,積分は求まる 1位の極なら Res(a; f ) = a−1 = lim z→a (z − a)f(z)
  96. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 孤立特異点がいくつあっても 32 b 1 C C 1

    b 2 C 2 b 3 C 3 C f(z)dz − C1 f(z)dz − C2 f(z)dz − · · · = 0 1 2πi C f(z)dz = Res(b1; f) + Res(b2; f) + · · ·
  97. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 こんな積分は 34 まっとうには計算できません。 そこで ∞ −∞ 1

    x4 + 1 dx 1 x 数直線を 実部 y 虚部 複素平面に拡張 z = x + yi こういう周C上で C C 1 z4 + 1 dz     を計算すると 上の積分も求まる
  98. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 35 C 1 z4 + 1

    dz       を計算する 経路は 1 z4 + 1 = 1 (z − 1+i √ 2 )(z − −1+i √ 2 )(z − −1−i √ 2 )(z − 1−i √ 2 ) y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  99. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 35 C 1 z4 + 1

    dz       を計算する 経路は 1 z4 + 1 = 1 (z − 1+i √ 2 )(z − −1+i √ 2 )(z − −1−i √ 2 )(z − 1−i √ 2 ) 1 + i √ 2 , −1 + i √ 2 , −1 − i √ 2 , 1 − i √ 2 孤立特異点 は,すべて1位の極 y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  100. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 35 C 1 z4 + 1

    dz       を計算する 経路は 1 z4 + 1 = 1 (z − 1+i √ 2 )(z − −1+i √ 2 )(z − −1−i √ 2 )(z − 1−i √ 2 ) 1 + i √ 2 , −1 + i √ 2 , −1 − i √ 2 , 1 − i √ 2 孤立特異点 は,すべて1位の極 展開するまでもなく y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  101. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 36 経路の内部にある孤立特異点は2つ それぞれ留数を求める 1位の極だから Res( 1

    + i √ 2 ; f) = lim z→ 1+i √ 2 (z − 1 + i √ 2 )f(z) = 1 (1+i √ 2 − −1+i √ 2 )(1+i √ 2 − −1−i √ 2 )(1+i √ 2 − 1−i √ 2 ) = −1 − i 4 √ 2 Res(a; f ) = a−1 = lim z→a (z − a)f(z) y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  102. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 36 経路の内部にある孤立特異点は2つ それぞれ留数を求める 1位の極だから 1 z4

    + 1 = 1 (z − 1+i √ 2 )(z − −1+i √ 2 )(z − −1−i √ 2 )(z − 1−i √ 2 ) Res( 1 + i √ 2 ; f) = lim z→ 1+i √ 2 (z − 1 + i √ 2 )f(z) = 1 (1+i √ 2 − −1+i √ 2 )(1+i √ 2 − −1−i √ 2 )(1+i √ 2 − 1−i √ 2 ) = −1 − i 4 √ 2 Res(a; f ) = a−1 = lim z→a (z − a)f(z) y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  103. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 36 経路の内部にある孤立特異点は2つ それぞれ留数を求める 1位の極だから 1 z4

    + 1 = 1 (z − 1+i √ 2 )(z − −1+i √ 2 )(z − −1−i √ 2 )(z − 1−i √ 2 ) Res( 1 + i √ 2 ; f) = lim z→ 1+i √ 2 (z − 1 + i √ 2 )f(z) = 1 (1+i √ 2 − −1+i √ 2 )(1+i √ 2 − −1−i √ 2 )(1+i √ 2 − 1−i √ 2 ) = −1 − i 4 √ 2 Res(a; f ) = a−1 = lim z→a (z − a)f(z) y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  104. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 36 経路の内部にある孤立特異点は2つ それぞれ留数を求める 1位の極だから 1 z4

    + 1 = 1 (z − 1+i √ 2 )(z − −1+i √ 2 )(z − −1−i √ 2 )(z − 1−i √ 2 ) Res( −1 + i √ 2 ; f) = 1 − i 4 √ 2 同様に Res( 1 + i √ 2 ; f) = lim z→ 1+i √ 2 (z − 1 + i √ 2 )f(z) = 1 (1+i √ 2 − −1+i √ 2 )(1+i √ 2 − −1−i √ 2 )(1+i √ 2 − 1−i √ 2 ) = −1 − i 4 √ 2 Res(a; f ) = a−1 = lim z→a (z − a)f(z) y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  105. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 37 よって 1 2πi C f(z)dz

    = Res( 1 + i √ 2 ; f) + Res( −1 + i √ 2 ; f) = − i 2 √ 2       C 1 z4 + 1 dz = π √ 2     y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  106. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 37 よって 1 2πi C f(z)dz

    = Res( 1 + i √ 2 ; f) + Res( −1 + i √ 2 ; f) = − i 2 √ 2       C 1 z4 + 1 dz = π √ 2     では ∞ −∞ 1 x4 + 1 dx は? y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  107. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 37 よって 1 2πi C f(z)dz

    = Res( 1 + i √ 2 ; f) + Res( −1 + i √ 2 ; f) = − i 2 √ 2       C 1 z4 + 1 dz = π √ 2     では ∞ −∞ 1 x4 + 1 dx は? r→∞ のとき,実軸上以外は0 (略,テキストで) y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  108. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 複素関数にして積分する 37 よって 1 2πi C f(z)dz

    = Res( 1 + i √ 2 ; f) + Res( −1 + i √ 2 ; f) = − i 2 √ 2       C 1 z4 + 1 dz = π √ 2     では ∞ −∞ 1 x4 + 1 dx は? r→∞ のとき,実軸上以外は0 (略,テキストで) ∞ −∞ 1 x4 + 1 dx = π √ 2 よって y 0 –1+i r x √2 1+i √2 –r r+ri –r+ri C
  109. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 問題 40 次の積分( は原点を中心とする半径2の円周)を求めてください。 C の孤立特異点は, となる点(零点)

    sin z cos z cos z = 0 −1 2πi C sin z cos z dz   とおくと で,両辺に をかけると は周期 の周期関数(なぜならば, )で,また より すなわち cos z = eiz + e−iz 2 = 0 eiz + e−iz = 0 eiz e2iz + 1 = 0 eiθ 2π eiθ = cos θ + i sin θ eiπ + 1 = 0 2iz = i(π ± 2nπ) z = π 2 ± nπ (n = 0,1,2,…)
  110. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 問題 41 次の積分( は原点を中心とする半径2の円周)を求めてください。 C −1 2πi

    C sin z cos z dz   原点を中心とする半径2の円の内部で, を 満たす は z = π 2 ± nπ (n = 0,1,2,…) z = π 2 ± nπ (n = 0,1,2,…) z z = π 2 , − π 2 あとはテキスト (演習問題の解答例)で
  111. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 問題 41 次の積分( は原点を中心とする半径2の円周)を求めてください。 C −1 2πi

    C sin z cos z dz   原点を中心とする半径2の円の内部で, を 満たす は z = π 2 ± nπ (n = 0,1,2,…) z = π 2 ± nπ (n = 0,1,2,…) z z = π 2 , − π 2 あとはテキスト (演習問題の解答例)で これが孤立特異点,すなわち「穴」
  112. 42 2024年度春学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 問題 41 次の積分( は原点を中心とする半径2の円周)を求めてください。 C −1 2πi

    C sin z cos z dz   原点を中心とする半径2の円の内部で, を 満たす は z = π 2 ± nπ (n = 0,1,2,…) z = π 2 ± nπ (n = 0,1,2,…) z z = π 2 , − π 2 よって, C sin z cos z dz = 2πi Res( π 2 ; sin z cos z ) + Res(− π 2 ; sin z cos z ) あとはテキスト (演習問題の解答例)で これが孤立特異点,すなわち「穴」