题目
曲线 C 为正向圆周 |z|=3,oint_(C) (1)/(z) , mathrm(d)z=A. piB. pi iC. 0D. 2pi i
曲线 $C$ 为正向圆周 $|z|=3$,$\oint_{C} \frac{1}{z} \, \mathrm{d}z=$
A. $\pi$
B. $\pi i$
C. $0$
D. $2\pi i$
题目解答
答案
D. $2\pi i$
解析
本题考查复变函数中柯西积分公式的应用。解题思路是判断被积函数在积分曲线所围区域内的奇点情况,然后利用柯西积分公式来计算曲线积分。
柯西积分公式为:若函数 $f(z)$ 在简单正向闭曲线 $C$ 所围成的区域 $D$ 内解析,在 $\overline{D}=D + C$ 上连续,$z_0$ 是 $D$ 内任一点,则 $\oint_{C} \frac{f(z)}{z - z_0} \, \mathrm{d}z = 2\pi i f(z_0)$。
对于本题,积分曲线 $C$ 为正向圆周 $|z| = 3$,被积函数为 $\frac{1}{z}$。
- 首先确定被积函数的奇点:
令分母 $z = 0$,可知被积函数 $\frac{1}{z}$ 有一个奇点 $z = 0$。 - 然后判断奇点与积分曲线的位置关系:
对于奇点 $z = 0$,其模 $|0| = 0\lt{}3$,说明奇点 $z = 0$ 在积分曲线 $|z| = 3$ 所围成的区域内。 - 最后应用柯西积分公式:
此时可将被积函数 $\frac{1}{z}$ 变形为 $\frac{f(z)}{z - z_0}$ 的形式,其中 $f(z)=1$,$z_0 = 0$。
因为 $f(z)=1$ 在整个复平面上是解析的,满足柯西积分公式的条件。
根据柯西积分公式 $\oint_{C} \frac{f(z)}{z - z_0} \, \mathrm{d}z = 2\pi i f(z_0)$,将 $f(z)=1$,$z_0 = 0$ 代入可得:
$\oint_{C} \frac{1}{z} \, \mathrm{d}z=\oint_{C} \frac{1}{z - 0} \, \mathrm{d}z = 2\pi i\times f(0)$。
又因为 $f(z)=1$,所以 $f(0)=1$,则 $\oint_{C} \frac{1}{z} \, \mathrm{d}z = 2\pi i\times1=2\pi i$。