设C为正向圆周|z|=2,则oint(cos z)/((1-z)^2)dz=( ).A. -sin 1B. sin 1C. 2pi isin 1D. -2pi isin 1
A. -sin 1
B. sin 1
C. $2\pi i\sin 1$
D. $-2\pi i\sin 1$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查复变函数中的柯西积分公式或留数定理的应用,重点在于处理被积函数在积分路径内的奇点。
解题核心思路:
- 确定奇点位置:分母为$(1-z)^2$,对应奇点$z=1$,该点位于积分路径$|z|=2$内部。
- 选择方法:利用柯西积分公式(适用于分母为$(z-a)^{n+1}$的形式)或留数定理(计算极点的留数)。
- 计算导数或留数:通过公式直接求解积分值。
破题关键点:
- 正确识别奇点类型(二阶极点)及位置。
- 灵活应用公式,注意分母形式的转换(如$(1-z)^2 = (z-1)^2$)。
步骤1:分析被积函数的奇点
被积函数为$\frac{\cos z}{(1-z)^2}$,分母$(1-z)^2$在$z=1$处有二阶极点。由于积分路径$|z|=2$包含$z=1$(因$|1|=1 < 2$),需计算该点的留数。
步骤2:应用柯西积分公式
柯西积分公式推广形式为:
$\oint_C \frac{f(z)}{(z-a)^{n+1}} \mathrm{d}z = \frac{2\pi i}{n!} f^{(n)}(a)$
本题中,$a=1$,$f(z)=\cos z$,$n=1$(因分母为$(z-1)^2$,对应$n+1=2$)。
代入公式得:
$\oint_{|z|=2} \frac{\cos z}{(z-1)^2} \mathrm{d}z = \frac{2\pi i}{1!} f'(1)$
其中$f'(z) = -\sin z$,故$f'(1) = -\sin 1$。
最终积分值为:
$2\pi i \cdot (-\sin 1) = -2\pi i \sin 1$
步骤3:验证留数定理(可选)
若用留数定理,二阶极点的留数公式为:
$\text{Res}(f,1) = \lim_{z \to 1} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}z} \left[ (z-1)^2 \cdot \frac{\cos z}{(z-1)^2} \right] = \lim_{z \to 1} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}z} (\cos z) = -\sin 1$
积分值为$2\pi i \cdot (-\sin 1)$,与柯西公式结果一致。