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東京大学 工学系研究科 2022年度 数学3

Author

Miyake

Description

Kai

I.

1.

\(I_1\) の被積分関数

\[ \begin{aligned} f(z) = \frac{z}{(z-i)(z-1)} \end{aligned} \]

の極 \(z=1,i\) における留数はそれぞれ

\[ \begin{aligned} R_1 &= \frac{1}{1-i} = \frac{1+i}{2} , \\ R_i &= \frac{i}{i-1} = \frac{1-i}{2} \end{aligned} \]

である。

\(I_1\)\(z=1\) の周りを反時計回りに回る部分と \(z=i\) の周りを時計回りに回る部分からなるから、

\[ \begin{aligned} I_1 &= 2 \pi i \left( R_1 - R_i \right) \\ &= -2 \pi \end{aligned} \]

である。

2.

2.1

\(|z|=1\) を満たす複素数 \(z\) は、 \(z=e^{i \theta} \ \ (0 \leq \theta \lt 2 \pi)\) と書ける。 このとき、

\[ \begin{aligned} dz &= i e^{i \theta} d \theta = iz d \theta \\ z + \frac{1}{z} &= e^{i \theta} + e^{-i \theta} = 2 \cos \theta \end{aligned} \]

であるから、

\[ \begin{aligned} I_2 &= \oint_{|z|=1} \frac{1}{10 + 4 \left( z + \frac{1}{z} \right)} \frac{dz}{iz} \\ &= \oint_{|z|=1} \frac{-i}{2(z+2)(2z+1)} dz \end{aligned} \]

よって、

\[ \begin{aligned} G(z) = \frac{-i}{2(z+2)(2z+1)} \end{aligned} \]

である。

2.2

\(G(z)\) の特異点は \(z=-1/2, 2\) である。

2.3

\(G(z)\)\(z=-1/2\) における留数は \(-i/6\) であるから、留数定理により、

\[ \begin{aligned} I_2 = 2 \pi i \cdot \frac{-i}{6} = \frac{\pi}{3} \end{aligned} \]

を得る。

II.