题目
设 C: |z-1|=1,则积分 int_(C) (dz)/((z-1)^3)(z+1)^(3) = ( ).A. (3)/(4)pi iB. -(3)/(4)pi iC. (3)/(8)pi iD. -(3)/(8)pi i
设 $C: |z-1|=1$,则积分 $\int_{C} \frac{dz}{(z-1)^{3}(z+1)^{3}} = (\quad)$.
A. $\frac{3}{4}\pi i$
B. $-\frac{3}{4}\pi i$
C. $\frac{3}{8}\pi i$
D. $-\frac{3}{8}\pi i$
题目解答
答案
C. $\frac{3}{8}\pi i$
解析
步骤 1:确定积分路径和被积函数的极点
给定的积分路径是圆周 $C: |z-1|=1$,被积函数是 $f(z) = \frac{1}{(z-1)^3(z+1)^3}$。函数 $f(z)$ 在圆周 $C$ 内仅有一个三阶极点 $z=1$。
步骤 2:应用柯西积分公式
根据柯西积分公式,对于圆周 $C$ 上的积分,我们有:
\[ \oint_{C} \frac{f(z)}{(z-1)^3} dz = \frac{2\pi i}{2!} \lim_{z \to 1} \frac{d^2}{dz^2} \left[ \frac{1}{(z+1)^3} \right] \]
其中,$f(z) = \frac{1}{(z+1)^3}$。
步骤 3:计算二阶导数
计算 $\frac{1}{(z+1)^3}$ 的二阶导数:
\[ \frac{d}{dz} \left[ \frac{1}{(z+1)^3} \right] = -\frac{3}{(z+1)^4} \]
\[ \frac{d^2}{dz^2} \left[ \frac{1}{(z+1)^3} \right] = \frac{12}{(z+1)^5} \]
代入 $z=1$,得:
\[ \lim_{z \to 1} \frac{12}{(z+1)^5} = \frac{12}{2^5} = \frac{12}{32} = \frac{3}{8} \]
步骤 4:代入公式计算积分值
代入柯西积分公式,得:
\[ \oint_{C} \frac{dz}{(z-1)^3(z+1)^3} = \frac{2\pi i}{2!} \cdot \frac{3}{8} = \pi i \cdot \frac{3}{8} = \frac{3\pi i}{8} \]
给定的积分路径是圆周 $C: |z-1|=1$,被积函数是 $f(z) = \frac{1}{(z-1)^3(z+1)^3}$。函数 $f(z)$ 在圆周 $C$ 内仅有一个三阶极点 $z=1$。
步骤 2:应用柯西积分公式
根据柯西积分公式,对于圆周 $C$ 上的积分,我们有:
\[ \oint_{C} \frac{f(z)}{(z-1)^3} dz = \frac{2\pi i}{2!} \lim_{z \to 1} \frac{d^2}{dz^2} \left[ \frac{1}{(z+1)^3} \right] \]
其中,$f(z) = \frac{1}{(z+1)^3}$。
步骤 3:计算二阶导数
计算 $\frac{1}{(z+1)^3}$ 的二阶导数:
\[ \frac{d}{dz} \left[ \frac{1}{(z+1)^3} \right] = -\frac{3}{(z+1)^4} \]
\[ \frac{d^2}{dz^2} \left[ \frac{1}{(z+1)^3} \right] = \frac{12}{(z+1)^5} \]
代入 $z=1$,得:
\[ \lim_{z \to 1} \frac{12}{(z+1)^5} = \frac{12}{2^5} = \frac{12}{32} = \frac{3}{8} \]
步骤 4:代入公式计算积分值
代入柯西积分公式,得:
\[ \oint_{C} \frac{dz}{(z-1)^3(z+1)^3} = \frac{2\pi i}{2!} \cdot \frac{3}{8} = \pi i \cdot \frac{3}{8} = \frac{3\pi i}{8} \]