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.