题目
11.(单选题) 设C为正向圆周|z|=2,则oint_(c)(bar(z))/(z^2)dz=( ) A (A.)-2πi; B (B.) 0; C (C.) 2πi;; D (D.) 4πi.
11.(单选题) 设C为正向圆周|z|=2,则$\oint_{c}\frac{\bar{z}}{z^{2}}dz=$( ) A (
A.)-2πi; B (
B.) 0; C (
C.) 2πi;; D (
D.) 4πi.
A.)-2πi; B (
B.) 0; C (
C.) 2πi;; D (
D.) 4πi.
题目解答
答案
为了求解复积分 $\oint_{C} \frac{\bar{z}}{z^2} dz$,其中 $C$ 是正向圆周 $|z| = 2$,我们首先需要将 $\bar{z}$ 用 $z$ 表示出来。对于圆周 $|z| = 2$ 上的点,有 $|z|^2 = 4$,即 $z \bar{z} = 4$。因此,$\bar{z} = \frac{4}{z}$。
将 $\bar{z} = \frac{4}{z}$ 代入积分中,我们得到:
\[
\oint_{C} \frac{\bar{z}}{z^2} dz = \oint_{C} \frac{\frac{4}{z}}{z^2} dz = \oint_{C} \frac{4}{z^3} dz.
\]
现在,我们需要计算积分 $\oint_{C} \frac{4}{z^3} dz$。函数 $\frac{4}{z^3}$ 在 $z = 0$ 处有一个奇点,而 $C$ 是一个以原点为圆心的圆周,所以我们可以使用柯西积分公式或留数定理来计算这个积分。
使用留数定理,函数 $\frac{4}{z^3}$ 在 $z = 0$ 处的留数是 $\frac{4}{z^3}$ 的 Laurent 级数展开中 $\frac{1}{z}$ 项的系数。首先,将 $\frac{4}{z^3}$ 展开为 Laurent 级数:
\[
\frac{4}{z^3} = 4z^{-3}.
\]
这个展开式中没有 $\frac{1}{z}$ 项,所以 $z = 0$ 处的留数为 0。根据留数定理,积分等于 $2\pi i$ 乘以函数在 $C$ 内部所有奇点的留数之和,即:
\[
\oint_{C} \frac{4}{z^3} dz = 2\pi i \times 0 = 0.
\]
因此,积分 $\oint_{C} \frac{\bar{z}}{z^2} dz$ 的值为 $0$。
正确答案是 $\boxed{B}$。
解析
考查要点:本题主要考查复变函数的积分计算,涉及共轭复数的处理、柯西积分公式或留数定理的应用。
解题核心思路:
- 将共轭复数$\bar{z}$转化为$z$的表达式:利用$|z|=2$的条件,得到$\bar{z} = \frac{4}{z}$。
- 简化积分表达式:代入后积分转化为$\oint_{C} \frac{4}{z^3} dz$。
- 应用留数定理:分析被积函数在奇点$z=0$处的留数,发现其洛朗展开中无$\frac{1}{z}$项,故留数为$0$,积分结果为$0$。
破题关键点:
- 正确替换$\bar{z}$是简化积分的关键。
- 识别被积函数的奇点并判断其留数是解题的核心步骤。
步骤1:替换$\bar{z}$为$z$的表达式
在圆周$|z|=2$上,有$z \bar{z} = |z|^2 = 4$,因此$\bar{z} = \frac{4}{z}$。代入原积分得:
$\oint_{C} \frac{\bar{z}}{z^2} dz = \oint_{C} \frac{\frac{4}{z}}{z^2} dz = \oint_{C} \frac{4}{z^3} dz.$
步骤2:应用留数定理计算积分
函数$\frac{4}{z^3}$在$z=0$处有奇点,且积分路径$C$包围该奇点。根据留数定理,积分值为:
$\oint_{C} \frac{4}{z^3} dz = 2\pi i \cdot \text{(留数之和)}.$
步骤3:计算奇点处的留数
将$\frac{4}{z^3}$展开为洛朗级数:
$\frac{4}{z^3} = 4z^{-3}.$
该展开式中无$\frac{1}{z}$项,因此$z=0$处的留数为$0$。
步骤4:得出积分结果
积分结果为:
$2\pi i \cdot 0 = 0.$