当前课程知识点:复变函数 > 第3章 复变函数的积分 > 3.1复积分的概念及其简单性质 > 3.1.3 复积分的性质
欢迎来到复变函数课堂
这一讲我们将介绍
复积分的简单性质
假如f(z)和g(z)
是逐段光滑的曲线
C上面连续的函数
那么类似于数学分析中
定积分包括重积分
我们关于被积函数有下面
两条性质
第一个就是k*f再作积分
就等于f先作积分再乘以k
这是数乘的性质
第二个就是f±g之后再作积分
就等于f作积分加上或减去
g再作积分 这两个合到一起
就称为复积分的线性预算性质
另外一方面呢
因为在积分里面还有积分路径
在这里如果题给的路径C
正好是由两条逐段光滑的曲线
C1 C2顺次连接
或者叫首尾连接而成的
那么我们就会得到沿着C的积分
正好可以写成C1的积分
再加上沿着C2的积分
这叫积分路径的可加性
它有点类似于
分析中的区域可加性
第四个是积分的有向性
就是如果沿着C的反向作积分
那么这时候就等于沿着C的正向
作积分的相反数
这个很容易理解
因为我们用参数方程
去计算的时候
那么你反向
它的转化的那个定积分
上下限就要互为相反的
所以它的值也量互为相反数
这一块相对而言比较简单
跟数学分析的积分性质是一致的
下面我们再看 在复变函数论中
因为函数没有大小的概念
复数也没有大小的概念
我们可以给出积分的估值
就是看一下它模长的大小比较
那么这个性质有点像数学分析中
所谓的积分的绝对值
不会超过绝对值的积分
那么在复变中呢
这个绝对值就是模长
也就是说沿着C f(z)积分的模长
是不会超过f(z)模长
沿着C作积分
当然由于这边同时取模长
我们还要把dz取上模长
而dz的模长呢
正好是dx^2+dy^2的
算术方根
而dx^2+dy^2开算术方根呢
正好是弧微圆
也就是弧长的微圆
所以我们就得到这样一个五式
也就是积分的模长不会超过
模长关于弧长的积分
这是积分估值
那么如果要得到第五式
就说怎么证明呢 其实也很简单
大家知道这个是有限和
在积分定义的时候
第二部 求和 那么这个有限和呢
我们就知道
和的模长不会超过模长的和
然后这两边一取极限
就得到了五式
这里面如果我们把f沿着C
它的模长取到了上界 记成大M
那么我们就可以利用积分估值
得到这个积分的模长
不会超过模长的积分
而这个模长的上界是大M
当然了这个剩下的呢
是关于弧长的积分
那如果C的弧长记成L
那结果就是整个积分的模长
不会超过f沿着C的边界
沿着C的这个模长的上界
乘以C的长度
这个证明当然也是
直接在这个模长不等式两边
取极限就可以了
所以这个定理我们称之为
积分估值定理
这也是在第一节里面
我们会遇到的另外一个题型
就是除了计算积分
还有一种是估算积分
在估算的时候需要注意
一方面估算f沿着C模长的上界
当然这有时候可以直接
利用不等式放缩
有时候需要用到参数方程
化为这个实的函数去作估计
下面我们来看一个
关于积分估值的例子
在这里被积函数是1/z^2
积分路径是连接i到2+i的直线段
那么积分估值的方法
有一种叫直接法
也就是我们直接把f(z)的模长
给估算出来
然后再求积分路径的弧长
如果你不容易直接估算的话呢
就可以考虑间接的
用参数方程的方法
把被积函数换成参数形式
可能估算起来比较方便
这一题我们就用参数方程的方法
由于C是连接两点的直线段
我们知道 连接z0到z1的直线段
可以写成1-t*z0
加上t*z1
t的范围是从0到1的
这样一个参数方程
那这里的z0就是i 1-t*i
z1就是2+i*t就可以了
t的范围是0到1
这时候我们就可以把z化简为
2t+i 把它沿着C代入
大家看到1/z^2
沿着C当然是连续的
所以这个积分是有意义的
而且f(z)就是1/z^2
沿着C的模长
我们来考虑它的上界 确界
或者是模长的上界
正好就可以把z代进去
z是2t+i 取它的模长平方
是4t^2+1
然后这个放到分母上
整个这个式子
它的上界就比较容易看了
由于这个是平方项
所以只能整个式子不能超过1
这样的话我们就估算出
积分估值中的大M了
剩下的当然是1到2+i的弧长了
那大家看 弧长是2
所以由定理3.2
我们就可以得到这个积分的模长
是不会超过2乘以1的
这就证明这样一个积分估值
不等式
这里我们采取的是参数方程
估计的方法
下面我们看一下
能不能直接用估值的方法
当所给的这个被积函数
它容易用不等式放缩
我们也可以不用参数方程
来证明积分估值的不等式
像这样一个题目
大家看被积函数是
z^2-a^2
那如果a要等于0
那正好是1/z^2
这样一个被积函数
那这时候沿着z的模长等于r呢
它恰好是重要积分中的n=2
所以这时候积分值是0
这个是自动成立的
如果a不是0
那么我们就利用积分估值的性质
也就是说积分的模长
不会超过模长的积分
然后这里大家需要留意
这个地方是不会超过
这边要小于 这边直接把z^2
换成z模长的平方
a^2换成a模长的平方
这个不等式你要思考一下
为什么是这样
然后我们就可以直接把这个
写成ds 那这个是常数
提到前面去
而这个以0为心
以r为半径的圆周它的弧长
当然就是周长 就是2πr
所以就证明了这样一个例题3.4
所给的不等式
下面大家注意一个事实
好像前面讲的函数的线性运算
路径的可加与方向性
以及积分的不等式
就是积分模长的不等式
跟数学分析中相关的性质
完全是一样的
那是不是分析中的其它结果
都可以搬过来呢
我们在前面讲过
微分中值定理是不成立的
那么我们现在对于积分而言
一样的 积分中值定理
也不可以推广到复变函数上来
大家看一下 对于这个函数
0到2π上
我关于e的iθ的作积分
按照欧拉公式 积分值是0
那你发现呢
e的iθ如果成立2π-0
这个θ在0到2π内不管取什么值
就是取成e的iζ ζ怎么取值
这个结果都不是0
所以我们就看到这个
积分中值定理对于这样一个函数
是不成立的
另外一方面需要注意的就是
从z1连到z2的直线段
它的参数方程就是
1-t*z1+t*z2
t是基于0到1的
这个怎么推导呢
实际上是把这个直线段上
任意点z-z1
就和z2-z1是平行的
所以就等于t*z2-z1
直接写出来就可以了
好 关于复变函数积分的
初等性质 我们就讲这些
谢谢
-1.1 复数
--电子教案
--延伸阅读
--延伸阅读
--延伸阅读
--1.1 作业测试
-1.2 复平面上的点集
--电子教案
--延伸阅读
--延伸阅读
--1.2 作业测试
-1.3 复变函数
--电子教案
--延伸阅读
--1.3 作业测试
-1.4 复球面与无穷远点
--电子教案
--延伸阅读
--延伸阅读
--1.4 作业测试
-1.5 本章导学
--导学视频
--导学课件
-1.6 小结与测试
--本章测试
-2.1 解析函数的概念与柯西-黎曼方程
--电子教案
--延伸阅读
--延伸阅读
--2.1 作业测试
-2.2 初等解析函数
--电子教案
--延伸阅读
--延伸阅读
--延伸阅读
--2.2 作业测试
-2.3 初等多值函数
--电子教案
--延伸阅读
--延伸阅读
--延伸阅读
--2.3 作业测试
-2.4 本章导学
--导学视频
--导学课件
-2.5 小结与测试
--本章测试
-3.1复积分的概念及其简单性质
--电子教案
--3.1 预习测试
--3.1 作业
--延伸阅读
-3.2柯西积分定理
--电子教案
--作业测试
--3.2 作业1
-3.3柯西积分公式及其推论
--电子教案
--3.3 预习测试
--3.3 作业1
-3.4解析函数与调和函数的关系
--电子教案
--3.4 预习测试
--3.4 作业
-3.5本章导学
--第三章导学视频
--导学课件
-3.6小结与测试
--复习小结
--本章测试
-4.1复级数的基本性质
--电子教案
--作业测试
--4.1作业
--延伸阅读
-4.2幂级数
--4.2幂函数
--教学课件
--电子教案
--作业测试
--4.2 作业
--延伸阅读
-4.3解析函数的泰勒展式
--电子教案
--4.3 预习测试
--4.3 作业
--延伸阅读
-4.4解析函数零点的孤立性及唯一性定理
--电子教案
--4.4 预习测试
--4.4 作业
--延伸阅读
-4.5本章导学
--第四章导学视频
--第四章导学课件
-4.6小结与测试
--第四章测试
-5.1 解析函数的洛朗展式
--5.1 电子教材
--5.1 预习测试
--5.1 作业
--5.1 延伸阅读
-5.2 解析函数的孤立奇点
--5.2.3 极点
--5.2 ppt
--5.2 电子教案
--5.2.1 预习测试
--5.2.2 作业1
--5.2.3 作业2
--5.2.4 作业3
--5.2 延伸拓展
-5.3 解析函数在无穷远点的性质
--5.3 电子教案
--5.3.1预习测试
--5.3.2 作业
--5.3 延伸阅读
-5.4 整函数与亚纯函数的概念
--5.4 电子教案
--5.4.1 预习测试
--5.4 延伸阅读
-5.5 本章导学
--第五章 导学视频
--第五章 导学课件
-5.6 小结与测试
--第五章 学习指导
--第五章测试
-6.1 留数
--6.1 PPT
--6.1 电子教案
--6.1.1 预习测试
--6.1.2 作业1
--6.1.3 作业2
--6.1 延伸阅读
-6.2 用留数定理计算实积分
--6.2 电子教案
--6.2.1 作业1
--6.2.2 作业2
--6.2 延伸阅读
-6.3 幅角定理及其应用
--6.3 PPT
--6.3 电子教案
--6.3 作业
--6.3 延伸阅读
-6.4 本章导学
--第六章导学视频
-6.5 小结与测试
--第六章测试
-7.1 解析变换的特性
-7.2 分式线性变换
-7.5 智慧课堂参赛课程
--7.5 课前讨论
--7.5 学习指导
--7.5 留数的定义及求法作业
-7.5.1 附件3 课题教学设计