• ベストアンサー

複素数の特異点について

大学2年生です。テスト直前にピンチです。 問)次の周回積分を求めよ ∫1/(z-1) dz 積分範囲はz=3(cosθ +i sinθ) , 0≦θ<2 この解において、 「被積分関数は、与えられた円とz=1を中心とする半径1の円に挟まれた領域で正則である。」 と、あるのですが、イメージできません。 z=1が特異点となるのでZ≠1となるのは分かるのですが、なぜその周りで半径1の円内にも存在しないといえるのでしょうか? 分かりにくい文章で申し訳ありませんが、アドバイスをお願いいたします。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • info22
  • ベストアンサー率55% (2225/4034)
回答No.4

>積分範囲はz=3(cosθ +i sinθ) , 0≦θ<2 0≦θ<2π …(A) の転記ミスだと思いますが違いますか? (A)が正しければ積分経路は、原点を中心とする半径3の円周です。 「正則」については >と、あるのですが、イメージできません。 イメージできないのは正則の意味が理解できていない為です。 正則の定義を教科書や参考書で復習しなおして下さい。 http://fujimac.t.u-tokyo.ac.jp/fujiwara/Mathematics-2/Ch2.pdf http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%A3%E5%89%87%E9%96%A2%E6%95%B0 特異点のない連続な領域は複素関数 1/(z-1) の正則な領域です。 正則領域内では積分経路は任意に変形できますから z=1の回りの反時計回りの円周の周回積分になります。 その周回積分経路内にz=1の特異点z=1が存在することになります。 積分は一次の特異点だけで値を持ち、留数定理により、 1/(z-1)の留数R=1から積分は ∫1/(z-1) dz = 2πiR = 2πi となります。

参考URL:
http://fujimac.t.u-tokyo.ac.jp/fujiwara/Mathematics-2/Ch2.pdf
tokuiten
質問者

お礼

タイプミスです。申し訳ありません。 積分範囲は 0≦θ<2π です。 正則を復習しなおします。 皆様ありがとうございます。

その他の回答 (3)

  • arrysthmia
  • ベストアンサー率38% (442/1154)
回答No.3

テスト前にその状態では、確かにピンチかもしれません。 コーシーの積分定理を使って、手計算で値を導こうとしているようですが、 留数定理を使えば、答案は一行で済みます。教科書で定理を確認することを勧めます。 1/(z-1) が z=1 以外で正則であることは、実際に微分してしまえば確認できます。

  • koko_u_
  • ベストアンサー率18% (459/2509)
回答No.2

>∫は左回りの周回です。 やんわりと typo を指摘してみたが駄目だったよ。 >この変形の前提である、「挟まれた領域」のイメージができず困っています 複素平面を書いて、線積分の軌道を書くだけ。 そして、この問題「より簡単に解くために、積分範囲を「z=1を中心とする半径1の円」に変換する」 必要など何処にもないと思われます。

  • koko_u_
  • ベストアンサー率18% (459/2509)
回答No.1

>問)次の周回積分を求めよ >∫1/(z-1) dz 積分範囲はz=3(cosθ +i sinθ) , 0≦θ<2 周回になっとらんのですが。 周回になってれば誰でもわかる問題です。

tokuiten
質問者

補足

∫は左回りの周回です。 言葉が足りず申し訳ありません。計算で問題を解くことはできるのですが、より簡単に解くために、積分範囲を「z=1を中心とする半径1の円」に変換するのです。 閉曲線に沿った周回積分を求めるには、被積分関数が正則な領域内で積分路を適当に変形して、積分が簡単に実行できるような積分路を選んで、周回積分を実行してよい性質を利用する解き方です。 この変形の前提である、「挟まれた領域」のイメージができず困っています

関連するQ&A

  • 何故特異点?

    「複素数のはなし」という本に、sin(z) / z は z=0 に特異点を持つと書いてありました。 特異点ってその近傍では正則でその点でだけ正則じゃない点ですよね? 正則って導関数が連続である事ですよね?     (d/dz) {sin(z) / z} = (1/z){cos(z) - sin(z) / z}    (1) Excelでf(x) = (1/x){cos(z) - sin(z) / z}のグラフを書かせたら(-1,1)でほぼ f(x) = -x に比例した連続なグラフが出てきて、 少なくとも実数の範囲では(1)は連続に思えます。 複素数だと(1)は連続ではないんでしょうか?

  • 複素積分の問題

    複素積分の問題 次の複素積分の問題が分かりません. アドバイスいただけたら幸いです. 次の複素関数について以下の問に答えよ f(z) = z^-c / ( 1+z ) ただし、0<c<1 (1)複素平面上におけるf(z) の全ての特異点を求めよ (2)図中の閉曲線をγとする閉曲線γの矢印にそった向きの「周回積分」 ∫γ f(z)dzを求めよ γRは半径(R>1)の円し,γrは半径(r<1)の円を表す (3)z=R exp(iθ)またはr=R exp(iθ) (0<θ<2π)とおくことにより, 曲線及び曲線に沿った「周回積分」の絶対値 │∫γR f(z)dz│および、│∫γr f(z)dz│ がR→∞、r→0の極限において0に収束することを証明せよ (4)以上の結果を用い、次の「積分」 ∫(0→∞) x^-c / ( 1+x ) dx = π/ (sinπc) を証明せよ

  • 複素積分の問題について。

    複素積分の問題を解いてみたのですが、手元に答えがないうえに合っているか自信がないので、チェックしていただけると助かります。解法に誤りがあったらどうぞ指摘してください。自分の中では、留数の求め方が怪しいです。 以下、積分の経路Cは原点中心半径8の円で正の向きとします。 (1)∫ 1/sin(z) dz (2)∫ 1/(1-cos(z)) dz (3)∫ (1+z)/(1-e^z) dz (4)∫ tan(z) dz (1)∫ 1/sin(z) dz f(z)=1/sin(z) について、f(z) は z=mπ で特異点をとり、特にCの内部では z=0,±π,±2π が特異点となる。 ここで各点における留数を求めると、 Res(0)=1 Res(π)=-1 Res(-π)=-1 Res(2π)=1 Res(-2π)=1 となるので、 ∫ 1/sin(z) dz=2πi(1-1-1+1+1)=2πi (2)∫ 1/(1-cos(z)) dz f(z)=1/(1-cos(z)) について、f(z) は cos(z)=1、つまり z=2mπ で特異点をとり、特にCの内部では z=0,±2π が特異点となる。ここで f(z) を z=0 のまわりで展開すると、 f(z)=1/(1-1/2(z^2)+1/24(z^4)-・・・) =1/(1/2(z^2)-1/24(z^4)+・・・) であることから、Res(0)=0 同様に、Res(π)=0,Res(-π)=0 なので、 ∫1/(1-cos(z)) dz=2πi・0=0 (3)∫ (1+z)/(1-e^z) dz f(z)=(1+z)/(1-e^z) について、f(z) は z=2πim(mは整数)で特異点をとり、とくにCの内部では z=0,±2πi で特異点となる。ここで、 Res(0)=-1 Res(2πi)=-1-2πi Res(-2πi)=-1+2πi となるので、 ∫(1+z)/(1-e^z) dz=2πi(-1-1-2πi-1+2πi)=-6πi (4)∫ tan(z) dz f(z)=tan(z)=sin(z)/cos(z) について、f(z) は z=(2m+1)π/2 で特異点をとり、特にCの内部では z=±π/2、±3π/2,±5π/2 で特異点となる。ここで、 Res(±π/2)=-1 Res(±3π/2)=-1 Res(±5π/2)=-1 となるので、 ∫tan(z) dz=2πi・(-6)=-12πi

  • 複素積分の問題です。

    教科書の問題からの抜粋ですが、答えが省略されていて分かりません。私のやり方と答えで良いのでしょうか?教えて下さい。 問、(2z+1)/(z^2-1)を次のかく点を中心とし、半径1の正方向の円に沿って積分せよ。 (1), z=1/3 (2), z=i 答え、  (1), z=1/3を中心として半径1の正方向の円にそっての積分範囲は、C={ z|-2/3≦z≦4/3 } であり、 与式=∫c(2z+1)/(z^2-1)dz=∫c(2z+1)/(z+1)*1/(z-1)dz と書ける。 ここで(2z+1)/(z+1)は曲線Cの内部で正則なので、コーシーの積分公式より z=1 と置いて、 ∫c(2z+1)/(z+1)*1/(z-1)dz=2πi*(2*1+1)/1+1=3πi (2), z=iを中心として半径1の正方向の円に沿っての積分範囲は、C={ z|0≦z≦2i } であり、 与式=∫c(2z+1)/(z^2-1)dz=∫c(1/z)*(2z^2+z)/(z^2-1)dz と書ける。 ここで(2z^2+z)/(z^2-1)は曲線Cの内部で正則なので、コーシーの積分公式より z=0 と置いて、 ∫c(1/z)*(2z^2+z)/(z^2-1)dz=2πi*0=0   特に(2)は自信がありません。以上お願いします。

  • 複素数について。

    z=3(cosα+isinα),y=a+cosβ+isinβとおく。z,yが一致するための正の実数aの範囲を求めよ。 という問いで、解答において 『zは中心は原点で,半径3の円、yは中心(a,0),半径1の円』 と書いてあります。ここで、 『zは中心は原点で,半径3の円』はわかるのですが、 『yは中心(a,0),半径1の円』がわかりません。 どうぞ、教えてください。

  • 複素積分(コーシーの積分定理)について質問です

    zを複素数としする。コーシーの積分定理によれば「関数f(z)が領域Dで正則であるとして、領域D内の任意の閉曲線Cの内部が領域Dに含まれる場合、閉曲線Cに沿った関数f(z)の周回積分は0になる。」が成り立つと思います。 そこで次の問題を考えました。(zは複素数変数、aは実数の定数、iは虚数単位とする) 「原点を中心とする半径aの円を閉曲線Cとする。閉曲線Cに沿った、関数f(z)=1/(z-ai)の周回積分Iをを求める。」 閉曲線Cの内部で関数f(z)は正則だけれども、閉曲線Cは関数f(z)が正則でないz=aiの点を含んでいるのでコーシーの積分定理は利用できない。…(1) そこで、次のように積分を行うことにしました。閉曲線Cを複素数で表して、C:z=a*exp(iθ) (0≦θ≦2π) dz/dθ=ai*exp(iθ) よってI =∫f(z)dz =∫{ai*exp(iθ)/(a*exp(iθ)-ai)}dθ (積分範囲は0≦θ≦2π) ここで、[Ln(a*exp(iθ)-ai)](0≦θ≦2π)=0…(2) そこで質問です。 (1)は正しく、閉曲線の外周上に被積分関数が正則で無い部分があるなら、コーシーの積分定理は成立しないのでしょうか? (2)ln(z)は無限多価関数なので、どの複素関数の不定積分でもないと思ったので、Ln(z)を不定積分として用いたのですが、これは大丈夫なのでしょうか? ご回答よろしくお願いします。

  • 複素数の問題です。

    複素数αとβは, |α - 2| = 2, |β = 3i| = 1をみたす。ここで、z = α + β とおくと、点zの存在領域を福素数平面上に示せ。 上の問題ですが、以下のように解いた場合、参考書の解答と存在領域が異なったのですがどうしてこのようなことがおきるのでしょうか?ちなみに参考書はベクトルを用いています。 α = 2e^iθ + 1, β = e^iθ + 3i とおくと、 α = 2(cosθ + isinθ) + 2 = 2cosθ + 2 + 2sinθi β = cosθ + isinθ + 3i = cosθ + (sinθ + 3)i z = α + β = 2cosθ + 2 + 2sinθi + cosθ + (sinθ + 3)i = 3cosθ + 2 + (3sinθ + 3)i ここで、z = x + yi とおくと x = 3cosθ + 2 y = 3sinθ + 3 (x - 2)^2 + (y - 3)^2 = 9(cos^2θ + sin^2θ) = 9 ∴ 中心2 + 3i, 半径3の円周上

  • 複素数

    I=∫c(z-sinz)/(1-cosz)^2dz c:|z|=1 Iを求めよ。 という問題で、どうやれば解けるのかがわからなくて(特異点はz=0であると思うのですが、留数の求め方がわかりません)困ってます。わかる方がいらっしゃいましたらお願いします。 解は4πi/3です。

  • 複素数の積分

    ∫Z^2/(Z^2-a^2)dz 但し、a>0で、積分路CはZ=aを中心とする半径aの円であり、向きは正の向きとする。 という問題です。これが計算できません。 どうかヒントをお願いします。

  • 極・特異点の求め方

    先日も同じようなことをお聞きしました 先日は、分母がexp(z)+1となっているときの極の考え方に関してご教授いただきました。 さて、今回はまた違った問題で躓いてしまっているのでお願いします。 すみませんが、以下の関数の極はひとつがz=1というのはわかるんですが、あとはexp(z)+1=0から導けると思うのですが考え方がよくわかりません。     1 ∫-------------------dz   (a^z)(sinπz) なお、積分範囲[c-i∞,c+i∞] *iは虚数単位 0<c<1とする。0<a,a≠0 極は、0<a<1と1<aで場合わけして考えればいいのはわかるのですが、 いまいちわかりません。 sinπz=0の場合に関しては迷うことなく、z=0というのはわかるのですが・・・ よろしくお願いします。