要将复函数 \( f(z) = u(x,y) + iv(x,y) \) 沿曲线 \(\gamma\) 积分并参数化,我们可以按照以下步骤进行推导:
1. **参数化曲线 \(\gamma\)**:设曲线 \(\gamma\) 用参数 \( t \) 来表示,其中 \( t \) 在区间 \([a, b]\) 内变化。
\[ z(t) = \gamma(t) = x(t) + iy(t) \]
2. **复积分定义**:复函数 \( f(z) \) 沿曲线 \(\gamma\) 的积分定义为:
\[
\int_\gamma f(z) \, dz = \int_\gamma (u(x,y) + iv(x,y)) \, dz
\]
3. **计算微分 \( dz \)**:根据参数化形式 \( z(t) = x(t) + iy(t) \),我们可以得到:
\[
dz = \frac{dz}{dt} \, dt = \left( \frac{dx}{dt} + i \frac{dy}{dt} \right) dt = \gamma'(t) \, dt
\]
4. **将复函数 \( f(z) \) 代入参数化表达式**:
\[
f(\gamma(t)) = u(x(t), y(t)) + iv(x(t), y(t))
\]
5. **将复积分写成参数 \( t \) 的形式**:
\[
\int_\gamma f(z) \, dz = \int_a^b f(\gamma(t)) \frac{dz}{dt} \, dt = \int_a^b f(\gamma(t)) \gamma'(t) \, dt
\]
6. **将 \( f(\gamma(t)) \) 和 \( \gamma'(t) \) 代入积分**:
\[
\int_\gamma f(z) \, dz = \int_a^b \left( u(x(t), y(t)) + iv(x(t), y(t)) \right) \left( \frac{dx}{dt} + i \frac{dy}{dt} \right) dt
\]
7. **展开乘积并分离实部和虚部**:
\[
\int_\gamma f(z) \, dz = \int_a^b \left[ u(x(t), y(t)) \frac{dx}{dt} - v(x(t), y(t)) \frac{dy}{dt} \right] dt + i \int_a^b \left[ u(x(t), y(t)) \frac{dy}{dt} + v(x(t), y(t)) \frac{dx}{dt} \right] dt
\]
由此,我们得到:
\[
\int_\gamma f(z) \, dz = \int_a^b f(\gamma(t)) \gamma'(t) \, dt
\]
**总结**:复函数 \( f(z) \) 沿曲线 \(\gamma\) 的积分可以通过曲线参数化后的表达式表示为:
\[
\int_\gamma f(z) \, dz = \int_a^b f(\gamma(t)) \gamma'(t) \, dt
\]
这个公式通过参数化曲线 \(\gamma\),将复积分转换为参数 \( t \) 的积分,简化了计算过程。
Related Posts
- 2-1-2 对f(z)分离实部虚部后的积分
- 2-2-1 z的n次方分之一沿圆周一圈的积分
- 2-2-1 全微分用z和z的共轭的复偏导数的表示形式
- 2-1-2 复函数的导数在一点 不为零时,对应的雅可比行列式
- 复合函数对曲线环绕数的影响
- P431-波利亚向量场
- P224-e^x的唯一的解析延拓的不同方式