曲线C为正向圆周|z|=2, (int )_(c)dfrac (cos z)({(z-1))^3}dz=A. 0B. |z|=2, (int )_(c)dfrac (cos z)({(z-1))^3}dz=C. |z|=2, (int )_(c)dfrac (cos z)({(z-1))^3}dz=D. |z|=2, (int )_(c)dfrac (cos z)({(z-1))^3}dz=
曲线C为正向圆周
A. 0
B. 
C. 
D. 
题目解答
答案
首先,我们分析被积函数
。
1. 确定奇点:
被积函数在
处有奇点,因为分母
在
处为零。
2. 判断奇点类型:
由于分母是
,这是一个三级极点。
3. 应用留数定理:
曲线 C 是正向圆周
,该圆周包含奇点
。根据留数定理,有

其中
,
) 表示 f(z) 在
处的留数。
4. 计算留数:
对于三级极点,留数可以通过以下公式计算:

将
和
代入上式,得

计算二阶导数
,并代入
,得

5. 计算积分值:
将留数代入留数定理的公式中,得

故答案为:C.
解析
考查要点:本题主要考查复变函数中的留数定理应用,特别是高阶极点留数的计算。
解题核心思路:
- 确定积分路径内的奇点:被积函数的奇点为$z=1$,需判断该点是否在圆周$|z|=2$内部。
- 判断奇点类型:分母为$(z-1)^3$,故$z=1$是被积函数的三阶极点。
- 应用留数定理:积分值等于$2\pi i$乘以奇点处的留数。
- 计算留数:对三阶极点,需计算函数$(z-1)^3 f(z)$的二阶导数在$z=1$处的值。
破题关键:正确应用三阶极点留数公式,并准确计算二阶导数。
步骤1:确定奇点位置
被积函数$\dfrac{\cos z}{(z-1)^3}$的奇点为$z=1$。由于积分路径$|z|=2$包含该点($|1|=1 < 2$),需计算此处的留数。
步骤2:判断奇点类型
分母为$(z-1)^3$,故$z=1$是三阶极点。
步骤3:应用留数定理
根据留数定理,积分值为:
$\int_C \dfrac{\cos z}{(z-1)^3} dz = 2\pi i \cdot \text{Res}\left( \dfrac{\cos z}{(z-1)^3}, z=1 \right)$
步骤4:计算留数
对三阶极点,留数公式为:
$\text{Res}(f, z=a) = \dfrac{1}{2!} \lim_{z \to a} \dfrac{d^2}{dz^2} \left[ (z-a)^3 f(z) \right]$
代入$f(z) = \dfrac{\cos z}{(z-1)^3}$和$a=1$:
$\text{Res}\left( \dfrac{\cos z}{(z-1)^3}, z=1 \right) = \dfrac{1}{2!} \lim_{z \to 1} \dfrac{d^2}{dz^2} (\cos z)$
步骤5:求二阶导数
$\cos z$的二阶导数为$-\cos z$,代入$z=1$得:
$\text{Res}\left( \dfrac{\cos z}{(z-1)^3}, z=1 \right) = \dfrac{1}{2} \cdot (-\cos 1) = -\dfrac{\cos 1}{2}$
步骤6:计算积分值
最终积分值为:
$2\pi i \cdot \left( -\dfrac{\cos 1}{2} \right) = -\pi i \cos 1$