辅导课程七第三节 柯西积分公式及其推论
1·柯西积分公式利用柯西积分定理 ( 复围线形式 ) 导出一个用边界值表示解析函数内部值的积分公式 。
定理 3·11 设区域 的边界是围线 ( 或复围线 ),在 内解析,在 上连续,则有D
C )(zf
D
CDD
)(
)(
2
1
)( Dzd
z
f
i
zf
c

证 任意固定作为 的函数在 内除点 外均解析,
今作圆周,使其内部均含于应用定理 3·10得
z
fFDz

)()(,
D
z

D

d
z
f
d
z
f
c
)()(
只须证明



)(2
)(
lim
0
zifd
z
f
|
)()(
|
|)(
)(
|
|)(2
)(
|



d
z
zff
z
d
zfd
z
f
zifd
z
f

根据 的连续性,
对任给的存在就有由定理 3·2知前式不超过于是证明了( 3·3)。定理得证。
)(?f
0
,||0 z,只要
)(
2
|)()(|
ezff
22
例 3·8 计算积分
2|:|,
))(9( 2



cd
ic
解:因在闭圆 上解析,由柯西积分公式得
29)(?

f
2||
5
|
9
2
)(9
9
))(9(
2
2
2





i
c
c
id
i
d
i
平均值定理
定理 3·12 如果函数内解析,在闭圆 上连续,则
R|z-|)( 0在圆zf
R|z-| 0

dzfzf i
2
0 00
)Re(
2
1)(
例 3,9 设 在上解析 。 如果存在,使当而且试证:在圆 内至少有一个零点 。
)(zf Rz?||
0?a
Rz?||,|)(| azf?
,|)0(| af?
Rz?||
证 反证法,设 在内无零点,而由题设在 上也无零点 。 于是在闭圆 上解析 。 由解析函数的平均值定理,
)(zf Rz?||
Rz?||
)(
1)(
zfzF?
Rz?||


2
0
,)( R e
2
1)0( dFF i
又由题设,
从而矛盾 。 故 在圆内至少有一个零点 。
afF
1
|)0(|
1)0(|
afF i
i 1
|)( R e|
1|)( R e|
aa
dFF
a
i
1
2
2
11
|)( Re
2
1
||)0(|
1 2
0


Rz?||)(zf
2·解析函数的无穷可微性定理 3·13 在定理 3·11的条件下,函数在区域 内有各阶导数,并且有
)(zf D
),2,1(
)(
)(
)(
2
)(
1
)(


n
Dzd
z
f
i
n
zf
c
n
n

例 3·10 计算积分其中 是绕 一周的围线。
c dziz
z
3)(
c o s
C i
解 因为 在 平面上解析,应用公式 ( 3·5) 于我们得
zcos z
zzf c o s)(?
i
ee
ii
z
i
dz
iz
z
iz
c
2
c o s
|)( c o s
!2
2
)(
c o s
1
3




定理 3·14 设 在 平面上区域 内解析,则 在 内具有各阶导数,并且它们也在 内解析 。
)(zf z
D )(zf D
D
3·柯西不等式与刘维尔( Liouville) 定理
柯西不等式 设 在区域 内解析,为 内一点,
其中
)(zf
Da
D
,)(!|)(| )( nn
R
RMnaf?
.,2,1|,)(|m a x)(
||


nzfRM
Raz
在整个复平面上解析的函数称为整函数
定理 3·16 刘维尔定理 有界整函数必为常数。
)(zf
证 设 的上界为 M,则在柯西不等式中,对无论什么样的,均有 。
于是命 有上式对一切 均成立 。 从而 必为常数 。
R
R
Maf |)(|
0)( af
a )(zf
)(zf
R
例 3·11应用刘维尔定理证明代数学基本原理 。 次多项式至少有一个零点 。
n
)0(,)( 0110 aazazazp nnn
证 反证法,设 在 平面上无零点 。 由于 在平面上是解析的,
在平面上也必解析 。
下面我们证明 在平面上有界 。 由于
)(zp
)(zp
)(
1
zp
z
0
)(
1
l im
,)(l im)(l im 1
0



zp
z
a
z
a
azp
z
n
n
zz
)(
1
zp
于是 在平面上是解析且有界。
由刘维尔定理,必为常数,
即 必为常数。这与定理的假设矛盾。故定理得证。
)(
1
zp
)(
1
zp
)(zp
4·摩勒拉( Morera) 定理定理 3·18 在区域 内解析的充要条件是:
( 1) 在 内连续;
( 2) 对任一围线,只要 及其内部全含于 内,就有
)(zf
G
)(zf
G
CC
G
0)(c dzzf
证 在假设条件下,根据定理 3·7即知在 内解析,且但解析函数的导数还是解析的。 即 是说在 内解析。
zz dfzF 0 )()(
D
)(),()( DzzfzF
)(zf
D
例 3·12 如果 为一整函数,且有使的实数 存在,试证 为常数。)(zf
Mzf?)(Re
M
)(zf
证 令 为整函数 。 又在平面上故有界,由刘维尔定理可见 是常数,
因此 也是常数。
)(,)( )( zFezF zf 则?
Mzf cezF )(Re)(
)(zF
)(zf