5.2.1 三角有理函数的定积分|数学物理方法

数学物理方法 · 5.2.1 三角有理函数的定积分
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第五章 / 5.2.1

三角有理函数的定积分

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09 先把一个完整周期变成单位圆一周

对 ,只要原积分有意义,令 。必须同时替换三样:

于是积分变成单位圆逆时针的有理函数闭路积分。 是微分带来的,不能漏掉;它可能引入0点的候选奇点,也可能与化简后的分子消掉,必须看最终表达式。

图 5-3 三角换元后的极点 p 与 1/p
ReIm0p1/pz=eⁱᶿ,单位圆逆时针dθ=dz/(iz)p 在内,1/p 在外原题先检查 0<p<1p 与 1/p 跨过单位圆时,内部极点交换;p=1 时原积分发散。

当前 p=0.5,内部极点为 p=0.5。

若积分区间是 或 ,先利用周期与对称性补成整圈,写清倍数。不可不说明就把半周期直接当成单位圆一周。含 的表达式不一定关于 对称,更要实际检查。

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10 教材例1:泊松型积分的两个互为倒数的极点

求

代换并化简:

候选极点是 和 。由于 ,只有 在内。其留数为 ,所以

这题应能不看答案完整重算一次,尤其检查化简时 因子如何抵消。若题设改为 ,内部点交换,结果为 ; 时原积分在 发散,不属于同一普通积分公式。

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11 分子有 cos mθ:先合并成指数,避免凭空增加极点

教材例2求 , 为正整数。原被积函数关于 对称,半周期积分是全周期的一半。

先计算全周期复积分

分母为 ,只有 在内;解析分子 不会在0引入负幂。去掉外面的 后,留数为 。故 ,为实数。

因此原积分为

全周期正弦部分为0,也可直接由对称性核验。若直接代入 仍能做,但会引入0处高阶项;采用指数法是为了少算这些抵消项。

来源、编排与掌握要求

依据用户提供的严镇军《数学物理方法》扫描本第五章整理;正文印刷页108—138上部,章末习题138—141。扫描PDF文件页序等于印刷页码加6。按原书节序覆盖各主题,以重新讲解、推导主线和例题说明组织,未逐字复制原文。自编检查题与原书习题分开编号,原书题号可在本章习题路线中查找;本文件不声称是全部原书习题的逐题答案册。

第一轮优先掌握能独立做题所需的概念、步骤和适用条件;背景、证明及拓展均说明用途和暂缓深究的边界。第五章含20道自编检查题及完整解析。公式与SVG内嵌,可离线阅读;屏幕答案默认折叠,打印时自动展开。整理日期:2026年10月15日。