kringintegraal

Moderators: dirkwb, Xilvo

Gebruikersavatar
Berichten: 581

kringintegraal

Ik ben op zoek naar een bewijs / uitleg waarom volgende kringintegraal 0 is als R naar
\(\infty\)
gaat:
\(\oint_{C} \frac{e^{iz}}{z} dz = 0\)
als R
\(\rightarrow \infty\)
waarbij C bestaat uit 1) het lijnstuk gaande van -R tot R (op de 'x-as') en 2) de halve circelomtrek (gelegen in het bovenste gedeelte van het assenkruis) gaande van R tot -R met o als middelpunt, dit doorlopen in tegenwijzerzin;

oef, een tekeningetje zou iets handiger zijn hier...

Alvast bedankt

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: kringintegraal

Ben je zeker dat je 0 moet uitkomen? Je integratiepad bevat een pool, namelijk z = 0.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 581

Re: kringintegraal

Beste,

Ik ben dit onlangs ergens tegengekomen, en ik moet eerlijk toegeven dat het me ook verwonderde. Ik zal het dit weekend eens terug opzoeken...

Ondertussen:

Als de integraal niet 0 is, klopt het dan dat het residue in de pool z=0; gelijk is aan 1?

Dan zou de integraal niet 0 zijn, maar
\(2 \Pi i\)
?

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: kringintegraal

Het residu is inderdaad 1, maar je pad 'omsluit' de pool niet. Je kan er wel een halve cirkel rond trekken waarvan je de straal naar 0 laat gaan om de pool te vermijden - je kan dit zien als een halve omcirkeling van de pool, dus je moet het residu delen door 2. Afhankelijk van de doorloopzin krijg je dan \(\pm \pi i\) voor dat stukje. Wat wel klopt is dat de integraal over de grote cirkel naar 0 gaat (voor R naar oneindig).
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 581

Re: kringintegraal

Het ging inderdaad niet over een kringintegraal, maar over een lijnintegraal:

ik ben dus op zoek naar een bewijs waarom volgende lijnintegraal 0 is als R naar
\( \infty \)
gaat :
\(\int_{C} \frac{e^{iz}}{z} dz = 0 \)
waarbij C dus de halve cirkelboog is, gelegen in het bovenste gedeelte van het assenkruis, gaande van +R tot -R, beiden gelegen op de reële as.

Zover geraak ik:

ik vervang:
\( z = \Re^{i \theta}\)
\(dz = i\Re^{i \theta}d\theta \)
\(e^{iz} = e^{i\Re^{i \theta}}\)
De lijnintegraal wordt dan een gewone integraal voor
\(\theta\)
gaande van 0 tot
\(\pi\)
en dan?

Ik weet dat
\(e^{i\theta} = \cos \theta +i \sin \theta\)
maar dat helpt me niet erg veel vooruit?

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: kringintegraal

We willen de integraal (in absolute waarde) afschatten om te tonen dat het naar 0 gaat:
\(\int\limits_C {\frac{{e^{iz} }}{z}dz} \to \left| {\int\limits_C {\frac{{e^{iz} }}{z}dz} } \right| le \int\limits_C {\left| {\frac{{e^{iz} }}{z}} \right|dz} = \int\limits_C {\frac{{\left| {e^{iz} } \right|}}{{\left| z \right|}}dz} \)
Overgaan op de parametrisatie van de cirkel:
\(z = \Re^{it} \Rightarrow e^{iz} = e^{i\Re^{it} } = e^{ - \sin t + i\cos t} \Rightarrow \left| {e^{iz} } \right| = e^{ - \sin t} \)
\(dz = Rie^{it} dt \Rightarrow \frac{{dz}}{z} = \frac{{Rie^{it} }}{{\Re^{it} }}dt = idt\)
Dus:
\(\left| {\int\limits_C {\frac{{e^{iz} }}{z}dz} } \right| le \int\limits_0^\pi {e^{ - R\sin t} } dt = 2\int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {e^{ - R\sin t} } dt\)
In de middelste uitdrukking kan je al aanvoelen dat die exponentiële naar 0 gaat voor R naar oneindig.

Maar, we mogen limieten niet zomaar verwisselen, de laatste overgang is voor volgend trucje:

Tussen 0 en pi/2 is sin(t) :) t/2, dus we kunnen dit weer afschatten en expliciet uitrekenen:
\(\left| {\int\limits_C {\frac{{e^{iz} }}{z}dz} } \right| le 2\int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {e^{ - \frac{{Rt}}{2}} } dt = \frac{4}{R}\left( {1 - e^{ - \frac{{\pi R}}{4}} } \right)\mathop \to \limits^{R \to \infty } 0\)
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 581

Re: kringintegraal

De integraal is duidelijk nu.

Een kleine opmerking: Ik heb wel een vermoeden dat je in volgende regel R vergeten bent:
\(z = \Re^{it} \Rightarrow e^{iz} = e^{i\Re^{it} } = e^{ - \sin t + i\cos t} \Rightarrow \left| {e^{iz} } \right| = e^{ - \sin t} \)
Moet het niet zijn:
\(z = \Re^{it} \Rightarrow e^{iz} = e^{i\Re^{it} } = e^{ -R\sin t + i R\cos t} \Rightarrow \left| {e^{iz} } \right| = e^{ -R\sin t} \)
verderop komt de R dan terug weer, zodat alles klopt.

Tot slot nog deze vraag ivm je opmerking:

"je kan dit zien als een halve omcirkeling van de pool, dus je moet het residu delen door 2"

Dit was mij volkomen vreemd. Ik vind er ook elders nergens iets over. Kan je mij hieromtrent wat meer info geven, of een link waar dit te vinden is?

Bedankt.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: kringintegraal

Die R mocht daar inderdaad niet wegvallen, in de integraal verderop schreef ik'em wel weer.

Dat trucje met die halve omcirkeling kwam ik ooit ergens tegen, maar vraag me niet waar en ook niet om een formeel bewijs [rr]

Als je die stap daardoor niet echt waterdicht vindt, kan je die halve omcirkeling wel expliciet uitrekenen.

Neem een halve cirkel C met straal r (wijzerszin) rond O en laat r vervolgens naar 0 gaan:
\(\mathop {\lim }\limits_{r \to 0} \int\limits_C {\frac{{e^{iz} }}{z}dz} = \mathop {\lim }\limits_{r \to 0} \int\limits_\pi ^0 {e^{r\left( {i\cos t - \sin t} \right)} } idt = \int\limits_\pi ^0 {idt} = - i\pi \)
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 3.751

Re: kringintegraal

Dat trucje met die halve omcirkeling kwam ik ooit ergens tegen, maar vraag me niet waar en ook niet om een formeel bewijs [rr]
Bij mij werd dit de kleine limietstelling genoemd. Google levert niet veel op... Alleszins, intuïtief: residus gedragen zich in hun omgeving isotroop (anders zou de limiet niet bestaan), en dus moet de integraal bij omcirkeling evenredig zijn met de booghoek.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: kringintegraal

Ook hier wordt het aangehaald (p27 onderaan), zonder bewijs.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 3.751

Re: kringintegraal

eigenlijk, dit volgt toch op exact dezelfde manier als de gewone formule?

Kijk hier naar formule (144) en hoe daar de gewone formule (145) uit volgt. Bij ons is exact dezelfde redering het formeel bewijs.

Gebruikersavatar
Berichten: 581

Re: kringintegraal

Ik denk dat op deze site het bewijs van de 'halve' omcirkeling te vinden is

(betreffende de polen gelegen op de x-as, ze noemen het hier 'indented contours')

http://math.fullerton.edu/mathews/c2003/in...tourLemma.1.pdf

Ik moet wel toegeven dat ik het bewijs niet echt kan volgen, misschien kan u mij een beetje op weg zetten met de eerste overgangen, dan puzzel ik wel verder tot ik het doorheb?

dank

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: kringintegraal

Wat volg je niet? Uitdrukking (8-23) gebruiken in plaats van f(z) en overgaan op de parametrisatie van de cirkel.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 581

Re: kringintegraal

Blijkbaar een slechte dag, vorige keer. Nu snap ik het wel, behalve dan 1 ding:

Waarom in feite al dat gedoe met
\(\vert g(t_0+re^{i\theta})\vert \leq M\)
?

is het niet gewoon zo dat
\( \lim_{r \rightarrow 0} \)
van
\( ir \int^\pi_0 g(t_0+re^{i\theta})e^{i\theta} d\theta\)
gelijk is aan 0 gewoon omwille van de r vooraan die 0 wordt?

Re: kringintegraal

Wat wil je eigenlijk berekenen?
\(\int_{0}^{\infty}\frac{\sin(t)}{x}dx \)
?

In dat geval is het denk ik het eenvoudigst het volgende integratiepad te kiezen (bestaande uit voornamelijk lijnstukken):

[r,R]*[R,R+iD]*[R+iD,-R+iD]*[-R+iD,-R]*[-R,-r]*F

waarbij F de halve cirkel is om 0 met straal r.

Dan r naar 0 en R naar oneindig.

Reageer