题目
设 C 为正向单位圆周 |z|=1,则复积分 int_(C) (sin z)/(z^2) dz 的值为A. 0B. pi iC. 2pi iD. 2pi
设 $C$ 为正向单位圆周 $|z|=1$,则复积分 $\int_{C} \frac{\sin z}{z^2} dz$ 的值为
A. 0
B. $\pi i$
C. $2\pi i$
D. $2\pi$
题目解答
答案
C. $2\pi i$
解析
本题考查柯西积分公式及其推论的应用。解题思路是先判断被积函数的奇点,再根据奇点与积分路径的位置关系,利用柯西积分公式的推论来计算复积分。
已知积分路径 $C$ 为正向单位圆周 $|z| = 1$,被积函数为 $f(z)=\frac{\sin z}{z^2}$。
- 步骤一:确定被积函数的奇点
对于函数 $f(z)=\frac{\sin z}{z^2}$,分母为 $z^2$,当 $z = 0$ 时,分母为 $0$,所以 $z = 0$ 是函数 $f(z)$ 的奇点。 - 步骤二:判断奇点与积分路径的位置关系
由于积分路径 $C$ 为正向单位圆周 $|z| = 1$,而奇点 $z = 0$ 满足 $|0|=0<1$,即奇点 $z = 0$ 在积分路径 $C$ 所围成的区域内。 - 步骤三:利用柯西积分公式的推论计算积分
柯西积分公式的推论为:若 $f(z)$ 在简单正向闭曲线 $C$ 所围成的区域 $D$ 内解析,在 $\overline{D}=D + C$ 上除有限个孤立奇点 $z_1,z_2,\cdots,z_n$ 外连续,则 $\int_{C}\frac{f(z)}{(z - z_0)^n}dz=\frac{2\pi i}{(n - 1)!}f^{(n - 1)}(z_0)$,其中 $n$ 为正整数,$z_0$ 是 $C$ 内的一点。
在本题中,$f(z)=\sin z$,$n = 2$,$z_0 = 0$。
先求 $f(z)=\sin z$ 的一阶导数,根据求导公式 $(\sin x)^\prime=\cos x$,可得 $f^\prime(z)=\cos z$。
将 $z_0 = 0$ 代入 $f^\prime(z)$,得 $f^\prime(0)=\cos 0 = 1$。
再根据柯西积分公式的推论,$\int_{C}\frac{\sin z}{z^2}dz=\frac{2\pi i}{(2 - 1)!}f^\prime(0)$。
因为 $(2 - 1)!=1!$,$f^\prime(0)=1$,所以 $\int_{C}\frac{\sin z}{z^2}dz=\frac{2\pi i}{1}\times1 = 2\pi i$。