Интегрирование ФКП
- криволинейный интеграл от функции по кривой
Теорема. Если функция непрерывна на кривой , то существует.
Вычисление интеграла от функции комплексного переменного сводится к вычислению обычных криволинейных интегралов:
(1)
Основные свойства
1. , где
2.
3. , где - кривая, совпадающая с , но проходимая в противоположном направлении
4. (Теорема об оценке). Если на , - длина , то .
Если кривая задана параметрически: ,
то (2)
или, используя формулу (1)
.
Замечание: , вообще говоря, зависит от линии интегрирования.
Если функция является аналитической в односвязной области , т.е. для этой функции выполняются условия Коши-Римана , которые являются условиями независимости криволинейных интегралов в формуле (1) от линии интегрирования, то в этом случае имеет место формула Ньютона-Лейбница
, (3)
где - какая-либо первообразная для функции , т.е. в области , и точки .
Теорема Коши
- одна из основных теорем ТФКП.
Теорема Коши 1. Если функция аналитична в односвязной области , то для любой замкнутой кусочно-гладкой кривой , лежащей в этой области, интеграл от вдоль равен нулю:
. (4)
Для замкнутой области эта теорема формулируется так:
Теорема Коши 2. Если функция аналитична в замкнутой односвязной области , то интеграл от этой функции по контуру , ограничивающему область , равен нулю: .
Следствие 1. Если функция аналитична в односвязной области , то для всех кусочно-гладких кривых, лежащих в этой области и имеющих общие концы, интеграл имеет одно и тоже значение .
Замечание: В теореме Коши (1) предполагается, что область , в которой лежит контур интегрирования, односвязна. Это требование существенно, без него эта теорема перестает быть справедливой.
В случае многосвязной области теорема Коши справедлива в следующем виде:
Теорема Коши 3. Если функция аналитична в замкнутой многосвязной области , ограниченной контурами , то интеграл, взятый по всей границе этой области и проходимый так, чтобы область все время оставалась с одной стороны, равен нулю:
(5)
Следствие 2. Если функция аналитична в замкнутой многосвязной области , ограниченной кривыми , то интеграл от этой функции по внешнему контуру равен сумме интегралов по всем внутренним контурам при условии, что обход всех контуров совершается в одном направлении (либо по часовой, либо против часовой стрелки): .
Интегральная формула Коши
Пусть - аналитическая функция в области и - замкнутая кусочно-гладкая кривая, содержащаяся в вместе с областью , которую она ограничивает.
Тогда для каждой точки справедлива интегральная формула Коши:
, (6)
т.е. значение функции в любой точке области можно вычислить, зная только значения на границе этой области, где граница обходится в положительном направлении.
Интеграл в правой части формулы (6) называется интегралом Коши для функции .
С помощью этой формулы можно вычислять некоторые интегралы по замкнутым контурам: .
Замечание: Если функция аналитична в многосвязной области, то формула (6) остается справедливой, если вместо контура взять полную границу этой области. Так, если аналитична в кольце , ограниченном окружностями и , то для всех . Направление на контурах и выбрано так, чтобы область при обходе оставалась слева.