- •§ 16. Елементи теорії функцій комплексної змінної
- •16.1 Функції комплексної змінної.
- •16.1.1. Основні поняття
- •16.1.2 Границя і неперервність функції комплексної змінної
- •16.1.3. Основні елементарні функції комплексної змінної
- •16.1.3.1. Показникова функція
- •16.1.3.2. Логарифмічна функція
- •16.1.3.7. Обернені тригонометричні і гіперболічні функції
- •16.1.4. Диференціювання функції комплекснї змінної. Умови Ейлера-Даламбера.
- •16.1.3.5. Тригонометричні функції
- •16.1.3.6. Гіперболічні функції
- •16.1.5. Аналітична функція. Диференціал
- •16.1.6. Геометричний зміст модуля і аргумента похідної. Поняття про конформне відображення
- •Приклади конформних відображень, що здійснюються деякими елементарними функціями див. Додаток 1.
- •16.2. Інтегрування функції комплексної змінної
- •16.2.1 Означення, властивості і правила обчислення інтеграла
- •16.2.2. Теорема Коші. Первісна , невизначений інтеграл. Формула Ньютона-Лейбніца.
- •16.2.3. Інтеграл Коші. Інтегральна формула Коші
- •16.3. Ряди в комплексній площині
- •16.3.1. Числові ряди
- •16.3.2. Степеневі ряди
- •Ряд Тейлора
- •Нулі аналітичної функції
- •Ряд Лорана
- •Ряд Лорана для функції
- •○ Скористаємося відомим розкладом
- •16.3.6. Класифікація особливих точок. Зв'язок між нулем і полюсом функції
- •Усувні особливі точки
- •Істотно особлива точка
- •16.4. Лишок функції
- •16.4.1. Поняття лишка і основна теорема про лишки
- •16.4.2. Обчислення лишків. Застосування лишків в обчисленні інтегралів
-
Ряд Тейлора
Теорема
3.3.
Всяка аналітична в крузі
функція
може бути єдиним чином розкладена в
цьому крузі в степеневий ряд
(3.7)
коефіцієнти якого визначаються формулами
(3.8)
де
-
довільне коло з центром у точці
,
що лежить усередині круга.
Степеневий
ряд (3.7) називається
рядом Тейлора
для функції
в розглянутому крузі.
Візьмемо
довільну точку
усередині даного круга і проведемо коло
з центром у точці
і радіусом
так, щоб точка
знаходилася усередині круга
(див. рис. 14).
Оскільки
функція
аналітична в крузі
і на його межі
,
то її значення в точці
можна знайти за формулою Коші (2.9):
,
де
-
точка на колі
.
Маємо:
Рис. 14
.Так як
,
то
,
отже, вираз
можна розглядати як суму членів
нескінченно спадної геометричної
прогресії з першим членом
і знаменником
.
Таким чином,

Помножимо
обидві частини цієї рівності на величину
і проінтегруєм її почленно по контуру
.
Отримаємо:

,
тобто
,
або
,
де
.
Таким
чином, ми одержали розклад функції
в степеневий ряд (3.7), коефіцієнти якого
визначаються за формулами (3.8).
Доведемо єдиність цього розкладу.
Припустимо,
що функція
в крузі
подана іншим степеневим рядом

Послідовно диференціюючи почленно цей ряд нескінченне число раз, будемо мати:
,
,
,
,
,

Поклавши
в цих рівностях, а також у початковому
ряді
,
отримаємо:
,
,
,
…,
,
… Порівнюючи знайдені коефіцієнти
ряду з коефіцієнтами ряду (3.7), встановлюємо,
що
,
а це означає, що зазначені ряди збігаються.
Функція
розкладається в степеневий ряд єдиним
чином.
Наведемо розклад деяких елементарних функцій в ряд Тейлора (Маклорена):
,
,
,
,

Перші
три розклади справедливі у всіх точках
комплексної площини, останні два – у
крузі
.
Замінивши
на
в розкладі функції
,
отримаємо:
,
тобто
формулу
Ейлера:
.
-
Нулі аналітичної функції
Як
показано вище, усяка функція
,
аналітична в околі точки
,
розкладається в цьому околі в степеневий
ряд (3.7); коефіцієнти якого визначаються
за формулами (3.8).
Точка
називається нулем
функції
,
якщо
.
У цьому випадку розклад функції
в околі точки
в степеневий ряд не містить нульового
члена, тому що
.
Якби не тільки
,
але і
,
а
,
то розклад функції
в околі точки
має вигляд
, (3.9)
а точка
називається нулем
кратності
(або
нулем
-го
порядку). Якщо
,
то
називається простим
нулем.
З формул
(3.8) для коефіцієнтів ряду Тейлора
випливає, що якщо
є нулем кратності
функції
,
то
,
але
.
У цьому випадку функцію можна подати у
вигляді
,
де
(3.10)
Для
функції
точка
вже не є нулем, тому що
.
Справедливо
і обернене твердження: якщо функція
має вигляд (3.10), де
– натуральне
число, а
аналітична в точці
,
причому
,
то точка
є нуль кратності
функції
.
