跳到主要内容

千葉大学 融合理工学府 数学情報科学専攻 数学・情報数理学コース 2023年8月実施 専門 B5

Author​

祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)

Description​

D=C∖(−∞,0]D=\mathbb C\setminus(-\infty,0] 上で z=ρeiθz=\rho e^{i\theta}、−π<θ<π-\pi<\theta<\pi に対して zp=ρpeipθz^p=\rho^pe^{ip\theta} (p∈Rp\in\mathbb R) と定める。

(1) 0<r<1<R0<r<1<R とし、扇形環状領域 Dr,R={ρeiθ∣r<ρ<R, 0<θ<2π/3}D_{r,R}=\{\rho e^{i\theta}\mid r<\rho<R,\ 0<\theta<2\pi/3\} の正向き境界を Cr,RC_{r,R} とする。∮Cr,Rzp/(1+z3) dz\oint_{C_{r,R}}z^p/(1+z^3)\,dz を求めよ。

(2) q>1q>1 のとき ∫0∞(1+xq)−1 dx\int_0^\infty(1+x^q)^{-1}\,dx を求めよ。

题目描述​

在去掉非正实轴的平面上取主值幂 zpz^p。(1) 在半径 r,Rr,R、辐角 0,2π/30,2\pi/3 围成的扇形环域的正向边界上,计算 zp/(1+z3)z^p/(1+z^3) 的积分,其中 0<r<1<R0<r<1<R。(2) 对 q>1q>1 求 ∫0∞dx/(1+xq)\int_0^\infty dx/(1+x^q)。

Kai​

(1)​

内部の極は z0=eiπ/3z_0=e^{i\pi/3} のみで、その留数は z0p−2/3z_0^{p-2}/3 である。よって

∮Cr,Rzp1+z3 dz=2πi3eiπ(p−2)/3.\boxed{\oint_{C_{r,R}}\frac{z^p}{1+z^3}\,dz =\frac{2\pi i}{3}e^{i\pi(p-2)/3}}.

(2)​

−1<p<2-1<p<2 とする。大円弧の積分は O(Rp−2)O(R^{p-2})、小円弧の積分は O(rp+1)O(r^{p+1}) なので、ともに極限で消える。二つの直線部分を合わせると

(1−e2πi(p+1)/3)∫0∞tp1+t3 dt=2πi3eiπ(p−2)/3.\left(1-e^{2\pi i(p+1)/3}\right)\int_0^\infty\frac{t^p}{1+t^3}\,dt =\frac{2\pi i}{3}e^{i\pi(p-2)/3}.

したがって

∫0∞tp1+t3 dt=π3sin⁡(π(p+1)/3).\int_0^\infty\frac{t^p}{1+t^3}\,dt =\frac{\pi}{3\sin(\pi(p+1)/3)}.

xq=t3x^q=t^3、p=3/q−1∈(−1,2)p=3/q-1\in(-1,2) とおけば

∫0∞dx1+xq=3q∫0∞t3/q−11+t3 dt=πqsin⁡(π/q).\boxed{\int_0^\infty\frac{dx}{1+x^q} =\frac3q\int_0^\infty\frac{t^{3/q-1}}{1+t^3}\,dt =\frac{\pi}{q\sin(\pi/q)}}.