Консультация № 184846
18.12.2011, 19:42
63.57 руб.
0 6 1
Здравствуйте, уважаемые эксперты! Прошу вас ответить на следующий вопрос:
Найти все разложения функции комплексного переменного f(z)=z/((z^2-4)^2) по степеням разности (z-2). Указать область пригодности каждого из разложений.

Обсуждение

давно
Посетитель
7438
7205
22.12.2011, 18:32
общий
Адресаты:
Дмитрий Германович, не посмотрите вопрос?
Об авторе:
"Если вы заметили, что вы на стороне большинства, —
это верный признак того, что пора меняться." Марк Твен
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
22.12.2011, 22:58
общий
Адресаты:
К сожалению сейчас у меня текучка с зачетами и к сроку не успею.
давно
Посетитель
7438
7205
23.12.2011, 00:32
общий
Адресаты:
Ясно, сейчас у всех горячая пора
Об авторе:
"Если вы заметили, что вы на стороне большинства, —
это верный признак того, что пора меняться." Марк Твен
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
23.12.2011, 14:29
общий
это ответ
Здравствуйте, bestwick!

Имеем f(z) = z/(z2 - 4)2 = z/((z - 2)2(z + 2)2). Сделаем замену переменного w = z - 2, т. е. z = w + 2. Тогда
f(z) = z/((z - 2)2(z + 2)2) = (w + 2)/(w2(w + 4)2) = g(w).

Разложим полученную дробь в сумму простейших:
(w + 2)/(w2(w + 4)2) = A/w + B/w2 + C/(w + 4) + D/(w + 4)2 = (Aw(w + 4)2 + B(w + 4)2 + Cw2(w + 4) + Dw2)/(w2(w + 4)2),
откуда
w + 2 = Aw(w + 4)2 + B(w + 4)2 + Cw2(w + 4) + Dw2.

При w = 0 имеем 2 = 16B, откуда B = 2/16 = 1/8.
При w = -4 имеем -2 = 16D, откуда D = -2/16 = -1/8.
При w = -1 имеем 1 = -9A + 9/8 + 3C - 1/8, 1 - 9/8 + 1/8 = -9A + 3C, 0 = -9A + 3C, 0 = -3A + C.
При w = -2 имеем 0 = -8A + 1/2 + 8C - 1/2, 0 = -8A + 8C, 0 = -A + C.

Решаем систему уравнений
-3A + C = 0,
-A + C = 0.
Из первого уравнения получаем C = 3A и подставляем во второе уравнение:
-A + 3A = 0, 2A = 0, A = 0, C = 0.

Итак, g(w) = (w + 2)/(w2(w + 4)2) = 1/(8w2) - 1/(8(w + 4)2).

Функция g(w) имеет особые точки w = 0 и w = -4. Следовательно, она аналитична в кольцах V1 = {0 < |w| < 4} и V2 = {4 < |w| < [$8734$]}. Найдём лорановские разложения в каждом из этих колец. Воспользуемся формулой
(1 [$177$] x)m = 1 [$177$] mx + m(m - 1)x2/2! [$177$] m(m - 1)(m - 2)x3/3! + ... (|x| [$8804$] 1). (1)

Имеем
1/(w + 4) = 1/(4(1 + w/4)),
1/(w + 4)2 = 1/(16(1 + w/4)2) = 1/16 [$183$] (1 + w/4)-2 = (1/16)(1 - 2w/4 - 2(-2 - 1)(w/4)2/2! - 2(-2 - 1)(-2 - 2)(w/4)3/3! - ... =
= (1/16)(1 - w/2 + 3w2/16 - w3/16 + ...).

Значит, в кольце V1 = {0 < |w| < 4}
g(w) = 1/(8w2) - (1/128)((1 - w/2 + 3w2/16 - w3/16 + ...).

При |w| > 4 полученный ряд расходится. Поэтому для разложения функции g(w) в кольце V2 выполним следующие преобразования:
1/(w + 4) = 1/(w(1 + 4/w)),
1/(w + 4)2 = 1/(w2(1 + 4/w)2) = (1/w2)(1/(1 + 4/w)2).

Согласно формуле (1),
1/(1 + 4/w)2 = (1 + 4/w)-2 = 1 - 2(4/w) - 2(-2 - 1)(4/w)2/2! - 2(-2 - 1)(-2 - 2)(4/w)3/3! - ... =
= 1/w2 - 8/w3 + 48/w4 - 256/w5 + ... .

Значит, в кольце V2 = {4 < |w| < [$8734$]}
g(w) = 1/(8w2) - (1/8)(1/w2 - 8/w3 + 48/w4 - 256/w5 + ... ).

Возвращаясь к переменной z, подставим в полученные разложения вместо w выражение z - 2. Искомыми разложениями функции f(z) будут
1) при 0 < |z - 2| < 4
f(z) = 1/(8(z - 2)2) - (1/128)((1 - (z - 2)/2 + 3(z - 2)2/16 - (z - 2)3/16 + ...);
2) при 4 < |z - 2| < [$8734$]
f(z) = 1/(8(z - 2)2) - (1/8)(1/(z - 2)2 - 8/(z - 2)3 + 48/(z - 2)4 - 256/(z - 3)5 + ... ).

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
23.12.2011, 21:31
общий
Андрей Владимирович , ещё раз огромное спасибо .
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
23.12.2011, 22:17
общий

Пожалуйста!
Об авторе:
Facta loquuntur.
Форма ответа