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数学
题目

曲线C为正向圆周|z|=2, (int )_(c)dfrac (cos z)({(z-1))^3}dz=A. 0B. |z|=2, (int )_(c)dfrac (cos z)({(z-1))^3}dz=C. |z|=2, (int )_(c)dfrac (cos z)({(z-1))^3}dz=D. |z|=2, (int )_(c)dfrac (cos z)({(z-1))^3}dz=

曲线C为正向圆周

A. 0

B. 

C.  

D.  

题目解答

答案

首先,我们分析被积函数。 

1. 确定奇点: 

   被积函数在 处有奇点,因为分母在处为零。 

2. 判断奇点类型: 

   由于分母是 ,这是一个三级极点。 

3. 应用留数定理: 

   曲线 C 是正向圆周,该圆周包含奇点 。根据留数定理,有 

 

   其中,) 表示 f(z) 在处的留数。 

4. 计算留数: 

   对于三级极点,留数可以通过以下公式计算: 

  

   将和 代入上式,得 

 

   计算二阶导数,并代入,得 

5. 计算积分值: 

   将留数代入留数定理的公式中,得 

   

故答案为:C.

解析

考查要点:本题主要考查复变函数中的留数定理应用,特别是高阶极点留数的计算。

解题核心思路:

  1. 确定积分路径内的奇点:被积函数的奇点为$z=1$,需判断该点是否在圆周$|z|=2$内部。
  2. 判断奇点类型:分母为$(z-1)^3$,故$z=1$是被积函数的三阶极点。
  3. 应用留数定理:积分值等于$2\pi i$乘以奇点处的留数。
  4. 计算留数:对三阶极点,需计算函数$(z-1)^3 f(z)$的二阶导数在$z=1$处的值。

破题关键:正确应用三阶极点留数公式,并准确计算二阶导数。

步骤1:确定奇点位置

被积函数$\dfrac{\cos z}{(z-1)^3}$的奇点为$z=1$。由于积分路径$|z|=2$包含该点($|1|=1 < 2$),需计算此处的留数。

步骤2:判断奇点类型

分母为$(z-1)^3$,故$z=1$是三阶极点。

步骤3:应用留数定理

根据留数定理,积分值为:
$\int_C \dfrac{\cos z}{(z-1)^3} dz = 2\pi i \cdot \text{Res}\left( \dfrac{\cos z}{(z-1)^3}, z=1 \right)$

步骤4:计算留数

对三阶极点,留数公式为:
$\text{Res}(f, z=a) = \dfrac{1}{2!} \lim_{z \to a} \dfrac{d^2}{dz^2} \left[ (z-a)^3 f(z) \right]$
代入$f(z) = \dfrac{\cos z}{(z-1)^3}$和$a=1$:
$\text{Res}\left( \dfrac{\cos z}{(z-1)^3}, z=1 \right) = \dfrac{1}{2!} \lim_{z \to 1} \dfrac{d^2}{dz^2} (\cos z)$

步骤5:求二阶导数

$\cos z$的二阶导数为$-\cos z$,代入$z=1$得:
$\text{Res}\left( \dfrac{\cos z}{(z-1)^3}, z=1 \right) = \dfrac{1}{2} \cdot (-\cos 1) = -\dfrac{\cos 1}{2}$

步骤6:计算积分值

最终积分值为:
$2\pi i \cdot \left( -\dfrac{\cos 1}{2} \right) = -\pi i \cos 1$

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