题目
10.设f(z)=(1)/(z)-zsin(1)/(z^2),则Res[f(z),0]=____.
10.设$f(z)=\frac{1}{z}-z\sin\frac{1}{z^{2}}$,则Res$[f(z),0]=$____.
题目解答
答案
将 $ f(z) = \frac{1}{z} - z \sin \frac{1}{z^2} $ 展开为 Laurent 级数。已知
\[
\sin \frac{1}{z^2} = \frac{1}{z^2} - \frac{1}{3!z^6} + \frac{1}{5!z^{10}} - \cdots
\]
乘以 $ z $ 得
\[
z \sin \frac{1}{z^2} = \frac{1}{z} - \frac{1}{3!z^5} + \frac{1}{5!z^9} - \cdots
\]
代入原函数得
\[
f(z) = \frac{1}{z} - \left( \frac{1}{z} - \frac{1}{3!z^5} + \frac{1}{5!z^9} - \cdots \right) = \frac{1}{3!z^5} - \frac{1}{5!z^9} + \cdots
\]
无 $ \frac{1}{z} $ 项,故留数为 0。
答案:$\boxed{0}$
解析
考查要点:本题主要考查复变函数中留数的计算,需要利用洛朗级数展开的方法,找到函数在孤立奇点处的特定项系数。
解题核心思路:
- 分解函数:将函数$f(z)$拆分为$\frac{1}{z}$和$-z\sin\frac{1}{z^2}$两部分。
- 展开洛朗级数:对$\sin\frac{1}{z^2}$进行泰勒展开,再乘以$-z$,得到对应的洛朗级数。
- 合并项:将两部分的展开式相加,观察$\frac{1}{z}$项的系数是否存在,从而确定留数。
破题关键点:
- 正确展开$\sin\frac{1}{z^2}$的泰勒级数,并注意符号和幂次的变化。
- 合并展开式后,确认$\frac{1}{z}$项是否抵消,若抵消则留数为0。
-
分解函数
$f(z) = \frac{1}{z} - z\sin\frac{1}{z^2}$,需分别处理两部分。 -
展开$\sin\frac{1}{z^2}$的泰勒级数
根据泰勒展开公式:
$\sin w = w - \frac{w^3}{3!} + \frac{w^5}{5!} - \cdots$
令$w = \frac{1}{z^2}$,得:
$\sin\frac{1}{z^2} = \frac{1}{z^2} - \frac{1}{3!z^6} + \frac{1}{5!z^{10}} - \cdots$ -
乘以$-z$
将$\sin\frac{1}{z^2}$的展开式乘以$-z$:
$-z\sin\frac{1}{z^2} = -z\left(\frac{1}{z^2} - \frac{1}{3!z^6} + \frac{1}{5!z^{10}} - \cdots\right) = -\frac{1}{z} + \frac{1}{3!z^5} - \frac{1}{5!z^9} + \cdots$ -
合并两部分
将$f(z)$的两部分相加:
$f(z) = \frac{1}{z} + \left(-\frac{1}{z} + \frac{1}{3!z^5} - \frac{1}{5!z^9} + \cdots\right) = \frac{1}{3!z^5} - \frac{1}{5!z^9} + \cdots$
$\frac{1}{z}$项的系数为0,因此留数为0。