SUPPLERENDE OPGAVER TIL KOMPLEKS FUNKTIONSTEORI F2005

Relaterede dokumenter
Kompleks Funktionsteori

(c) Opskriv den reelle Fourierrække for funktionen y(t) fra (b), og afgør dernæst om y(t) er en lige eller ulige funktion eller ingen af delene.

z j 2. Cauchy s formel er værd at tænke lidt nærmere over. Se på specialtilfældet 1 dz = 2πi z

Opgaver til f(z) = 1 z 4 1, g(z) = 1

MATEMATIK 3 EN,MP 17. september 2014 Oversigt nr. 1

Formelsamling - MatF2. Therkel Zøllner og Amalie Christensen 27. juni 2009

Besvarelse til eksamen i Matematik F2, 2012

Svar til eksamen i Matematik F2 d. 23. juni 2016

Eksamen i Matematik F2 d. 19. juni Opgave 2. Svar. Korte svar (ikke fuldstændige)

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Kortfattet svar til eksamen i Matematik F2 d. 21. juni 2017

Mat 2KF Minilex. Henrik Dahl 2. januar Definitioner 2. 2 Sætninger 6. 3 Symboler Opskrifter og trix Gennemregnede eksempler 16

Matematik F2 Opgavesæt 2

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 4. fjerdedel

Supplerende opgaver. S1.3.1 Lad A, B og C være delmængder af X. Vis at

Komplekse tal og algebraens fundamentalsætning.

Matematik F2 Opgavesæt 6

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (30. september oktober 2002) side 1. Komplekse tal Arbejdsplan

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

Noter om komplekse tal

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 3. fjerdedel

Differentialkvotient af cosinus og sinus

DesignMat Lineære differentialligninger I

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Forår - 6. Juni 2016

Spor Matematiske eksperimenter. Komplekse tal af Michael Agermose Jensen og Uwe Timm.

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

MATEMATIK 3 ET,MP, FYS, NANO 29. august 2012 Oversigt nr. 1

Gamle eksamensopgaver (MASO)

Vektoranalyse INDLEDNING. Indhold. 1 Integraltricks. Jens Kusk Block Jacobsen 21. januar 2008

DesignMat Lineære differentialligninger I

Polynomier af én variabel

Komplekse Tal. 20. november UNF Odense. Steen Thorbjørnsen Institut for Matematiske Fag Århus Universitet

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Efterår - 8. Januar 2016

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 3. Januar 2017

MATEMATIK 3 EN,MP 30. august 2013 Oversigt nr. 1

GEOMETRI-TØ, UGE 3. og resultatet følger fra [P] Proposition 2.3.1, der siger, at

DesignMat Komplekse tal

8 Regulære flader i R 3

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (1. oktober oktober 2001) side 1 Komplekse tal Arbejdsplan

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2019

Gult Foredrag Om Net

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

KOMPLEKS ANALYSE. noter til matematik beta H.A. NIELSEN

Algebra - Teori og problemløsning

Indhold. Litteratur 11

Mere om differentiabilitet

z + w z + w z w = z 2 w z w = z w z 2 = z z = a 2 + b 2 z w

Eksamen i Mat F, april 2006

Idenne note giver vi et eksempel på, hvorledes det er vigtigt at holde sig

Transformationsgeometri: Inversion. Kirsten Rosenkilde, august Inversion

Første konstruktion af Cantor mængden

6.1 Reelle Indre Produkter

Vektorfelter langs kurver

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

er et helt tal. n 2 AB CD AC BD (b) Vis, at tangenterne fra C til de omskrevne cirkler for trekanterne ACD og BCD står vinkelret på hinanden.

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

MM501 forelæsningsslides

GEOMETRI-TØ, UGE 8. X = U xi = {x i } = {x 1,..., x n }, U α, U α = α. (X \ U α )

Mat H /05 Note 2 10/11-04 Gerd Grubb

Heisenbergs usikkerhedsrelationer. Abstrakt. Hvorfor? Funktionsrum. Nils Byrial Andersen Institut for Matematik. Matematiklærerdag 2013

MM502+4 forelæsningsslides

Oversigt [S] 9.6, 11.1, 11.2, App. H.1

Lektion 1. Tal. Ligninger og uligheder. Funktioner. Trigonometriske funktioner. Grænseværdi for en funktion. Kontinuerte funktioner.

NATURVIDENSKABELIG KANDIDATEKSAMEN VED KØBENHAVNS UNIVERSITET. MI 2007 Obligatorisk opgave 4

Om første og anden fundamentalform

Det teknisk-naturvidenskabelige basisår Matematik 1A, Efterår 2005, Hold 3 Prøveopgave A

Taylors formel. Kapitel Klassiske sætninger i en dimension

Kortprojektioner L mm Analytisk beskrivelse af egenskaber ved kort Første fundamentalform og forvanskninger.

Komplekse tal. Preben Alsholm Juli 2006

Hvad er matematik? C, i-bog ISBN

Eksamen i Calculus Mandag den 8. juni 2015

Nøgleord og begreber Komplekse tal Test komplekse tal Polære koordinater Kompleks polarform De Moivres sætning

Gradienter og tangentplaner

GEOMETRI-TØ, UGE 12. A σ (R) = A f σ (f(r))

Inden der siges noget om komplekse tal, vil der i dette afsnit blive gennemgået en smule teori om trigonometriske funktioner.

Matematik A. Studentereksamen. Forberedelsesmateriale. Forsøg med digitale eksamensopgaver med adgang til internettet

Komplekse tal. x 2 = 1 (2) eller

Bevægelsens Geometri

1. Vis, at hvis realdelen af en holomorf (analytisk) funktion er konstant (på et åbent område) er funktionen konstant.

Kalkulus 2 - Grænseovergange, Kontinuitet og Følger

Grundlæggende Matematik

Wigner s semi-cirkel lov

Affine transformationer/afbildninger

Epistel E2 Partiel differentiation

Eksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet. 3.

UGESEDDEL 7 LØSNINGER. Opgave 7.2.1

Opgaveløsninger til eksamensopgaver. Opgavesæt 46

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet. Afleveringsopgave 4

Grundlæggende Matematik

Det teknisk-naturvidenskabelige basisår Matematik 1A, Efterår 2005, Hold 3 Prøveopgave C

Prøveeksamen MR1 januar 2008

Hilbert rum. Chapter Indre produkt rum

z 1 = z 1z 1z 1 z 1 2 = z z2z 1 z 2 2

Polynomier af én variabel

Introduktion til Laplace transformen (Noter skrevet af Nikolaj Hess-Nielsen sidst revideret marts 2013)

UGESEDDEL 7 LØSNINGER. ) og ɛ > 0 N N : (1 + konvergerer ikke, thi følgen x 1 + = ( 1)k

Ordliste MM511 Kompleks Analyse

Transkript:

SUPPLERENDE OPGAVER TIL KOMPLEKS FUNKTIONSTEORI F2005 0. maj, 2005 version nr. 8 JØRGEN VESTERSTRØM Indledende bemærkninger De foreliggende opgaver udgør et supplement til lærebogens opgaver. Afsnitsnummereringerne passer sammen. Afsnit 0 indeholder opgaver der drejer sig om komplekse tal, og som er beregnet til første øvelsesgang (der jo finder sted før forelæsningsstart). Der vil bliver henvist til dem med Sm.n. Enkelte opgaver er hentet fra I. Stewart & D. Tall, Complex Analysis, Cambridge University Press. Den blev brugt tidligere her på stedet, og jeg vil henvise til den med S&T. 0. Komplekse tal... S 0. (trick). Vis identiteten (x 2 + y 2 )(u 2 + v 2 ) = (xu yv) 2 + (xv + yu) 2 for alle x,y,u,v R på en smart måde, fx ved brug af komplekse tal og deres regneregler. Hvad siger det om mængden {a 2 + b 2 a,b N}? S 0.2 (jf. opg. nr. 0.3). Lad z og w være komplekse tal. Opfattes de som 2-vektorer (dvs. i R 2 ), har de et indre produkt z,w. Beregn dette udtrykt ved z og w (og funktionerne Re og Im). S 0.3 (jf. opg. nr. 0.2). Lad z og w være komplekse tal. Betragt i den komplekse plan C parallelogrammet {sz + tw 0 s, t }. Beregn dettes areal udtrykt ved z og w. S 0.4 (reel kvadratrod). Lad f = være den sædvanlige kvadratrodsfunktion : R + R +. Bevis at f(xy) = f(x)f(y) for alle x,y R +. S 0.5 (kompleks kvadratrod). I et kladdehefte fra 788 blev følgende udregning fundet: Hvor gik det galt? = = ( )( ) = = i i = S 0.6 (inversion af [Re z = ]). Beskriv mængden (en kurve i C) { + it t R} Angiv på en tegning kurvepunktet svarende til forskellige tidspunkter, fx t =, 2,, /2,0,/2,,2,.

S 0.7 (cirkelligningen: et eks.). Bestem kurven givet ved ligningen z 2 8z 8z = 0 (jargon for {z C z 2 8z 8z = 0}). S 0.8. Løs ligningen z 4 2z 3 27z + 54 = 0 Indtegn rødderne i den komplekse plan. Betegn de fire rødder med α j,j =,2,3,4, og beregn j α j, j<k α jα k, j<k<l α jα k α l og j α j S 0.9 (Billedet af en linje ved en Möbius-transformation). Beskriv mængden (en kurve i C) { t + 3i t + i t R} S 0.0 (cirkelligningen: generelt). Vis at en cirkel(periferi) i den komplekse plan har ligningen a z 2 + bz + bz + c = 0 hvor a,c R og b C. Hvilke betingelser skal koefficienterne a, b, c yderligere opfylde for at ligningen fremstiller en cirkel, men ikke et punkt, en ret linje eller den tomme mængde? Vis at ligningen fremstiller en af mængde af en af de hidtil nævnte slags: cirkel, linje, punkt og. S 0. (forholdscirkel, S&T s. 9). Hvis λ er et positivt reelt tal, vis at {z C z = λ z } er en cirkel medmindre λ antager et bestemt værdi (hvilken?). S 0.2 (midtnormal, S&T, s. 20). Beskriv (verbalt) og tegn mængden Forklar resultatet geometrisk. {z C z < z + } S 0.3 (Möbius-transformation på cirkler og linjer, S&T s. 2 let redigeret). Lad α,β,γ,δ C med αδ βγ. Definer ϕ ved ϕ(z) = αz + β γz + δ indtil videre kun på den punkterede plan C \ { δ/γ}. Vis at ϕ afbilder bijektivt på C \ {α/γ}. Vis at den afbilder cirkler på cirkler. Hvad med cirkler som går gennem δ/γ? S 0.4 (tan 5 ). Find ( + i) /3 (dvs. find de tre rødder ligningen z 3 = + i). Udled heraf et (præcist) udtryk for tan θ hvor θ = π/2 = 5 360 2π 2

S 0.5. (a) For hvilke z C eksisterer lim n z n? (b) Betragt for z C delmængden A z = {z n n =,2,3,... } af C. Vi ser på de fire egenskaber begrænset, lukket (i C), kompakt, diskret (betyder at enhver delmængde er åben i den relative topologi). Afgør for hver af disse egenskaber hvilke A z der har egenskaben. (c) Angiv for hvert z afslutningen A z (i C ).. Holomorfe funktioner Endnu ingen supplerende opgaver hertil. 2. Kurveintegraler og stamfunktioner S 2.. Betragt kurven γ(t) = e it, 0 t π (og tegn den). Beregn kurveintegralet γ f(z)dz for hver af funktionerne (i) /z2, (ii) /z, (iii) cos z, (iv) sinhz, (v) (exp(z)) 3, (vi) tan z. Ingen supplerende opgaver hertil. 3. Cauchys sætninger 4. Anvendelse af Cauchys integralformel Ingen supplerende opgaver hertil. 5. Argument. Logaritme. Potens S 5.. Vedr. CB-opg 5.4: T har ingen kontinuert argumentfunktion. Et alternativt bevis kan gennemføres indirekte efter flg. udkast: Antag θ er en sådan. Så er θ(z/ z ) en kontinuert argumentfunktion på C\{0}. Men C\{0} har ingen kontinuert argumentfunktion (hvorfor?). S 5.2. Betragt ellipsen med halvakser a > 0 og b > 0 og parameterfremstilling γ(t) = acos t + ibsin t for 0 t 2π, og benyt det geometrisk indlysende at ω(γ,0) = til at beregne 2π 0 a 2 cos 2 t + b 2 sin 2 t dt (Brug integralformlen for omløbstal, forlæng tæller og nævner med γ(t) og del op i real- og imaginærdel). S 5.3. I en tabel over ubestemte integraler slås følgende op: a 2 cos 2 t + b 2 sin 2 t dt = arctan(b tan t) =: F(t) a Vis at det er rigtigt! Men F(2π) F(0) = 0. Det kan tydeligvis ikke være det bestemte integral i den foregående opgave. Hvad er gået galt? S 5.4. Betragt f(z) =. Gør rede for at den er holomorf på C \ {i, i}. +z 2 Find komplekse tal a og b så f(z) = a z i + b z+i. Udregn kurveintegralerne γ f(z)dz hvor γ er kurven 3

() z i = med positivt omløb (2) z + i = med positivt omløb (3) z = 2 med positivt omløb S 5.5. Lad γ og γ 2 være to lukkede kurver i C \ {0} med samme parameterinterval [a,b]. Definer kurven γ(t) = γ (t)γ 2 (t). Gør rede for at den er en lukket kurve i C \ {0}. Vis at ω(γ,0) = ω(γ,0) + ω(γ 2,0) 6. Nulpunkter og isolerede singulariteter I dette afsnit betegner G stedse et område i C. S 6.. Lad a G og f,g H(G). Antag at f har et nulpunkt af orden m i a, og g har nulpunkt i det samme a af orden n. Find ordenen af nulpunktet for fg i a. Samme spørgsmål som ovenfor for poler (med f,g H(G \ {a})). S 6.2. Lad a G og f,g H(G \ {a}). Antag at f har et nulpunkt af orden m i a (herunder at singulariteten er hævelig), og g har en pol i det samme a af orden n. Afgør for hvert m,n arten af singulariteten for fg, herunder angiv udtryk for nulpunkts- og polorden i a. S 6.3. Formuleringen af resultaterne i de to foregående opgaver simplificeres betydeligt med flg. to konventioner: (i) Hvis f i a har en pol of orden n, siges f at have et nulpunkt af orden n og (ii) hvis f har en hævelig singularitet i a med f(a) 0, siges f at have et nulpunkt af orden 0. Find og bevis en formel for ordenen af nulpunktet for fg i a udtrykt ved de to faktorers nulpunktsorden i a. S 6.4 (den meget lille residuesætning). Antag f er holomorf på G \ {a}) med en simpel pol i a. Tallet lim z a f(z)(z a) er i simpel-pol-tilfældet hvad man kalder for residuet for f i a, i symboler Res(f(z),z = a). Lad r > 0 være så lille at K(a,r) G, og betragt randkurven γ = K(a,r) med positivt omløb. Vis at f(z)dz = Res(f(z),z = a) 2πi K(a,r) Vis at Res(f(z),z = a) = d dz ((z a)2 f(z)) z=a (idet selvfølgelig højresiden skal forstås på rette måde, nemlig hvilken?). S 6.5. Vis at f(z) = cos z har en pol z = 0. Hvad er polens orden? Indse (næsten) uden at regne at koefficient nr. i laurentrækken for f omkring 0 er 0. Find et komplekst tal c så g(z) = f(z) + c har en hævelig z 2 singularitet i 0, og angiv g(0). Løs ligningen cos z =, (z C), og angiv konvergensradius (den ydre) for laurentrækken for f omkring 0. Har f(z) en stamfunktion på konvergenscirkelringen? S 6.6. Gør rede for at funktionen f(z) = z +3i er holomorf på ringområdet {z < z < 3}, og find dens laurentrække på dette område. 4 z i +

S 6.7. Betragt f(z) = cos z (z π) 2. Gør rede for at z = π er en pol for f, angiv polens orden, og beregn laurentrækken for f omkring dette punkt. S 6.8 (følgekaraterisering af isolerede singulariteter). Flg. tre egenskaber for f H(G \ {a}) karakteriserer sigularitetens art: () Der findes et tal c C så for enhver følge z n med z n a og z n a gælder f(z n ) c (2) For enhver følge z n med lim z n a og z n a gælder f(z n ) for n. (3) For ethvert tal c C findes en følge z n med z n a og z n a så der gælder f(z n ) c Afgør hvilke egenskaber karakteriserer hvilke typer af singulariteter, og bevis hvad du finder frem til. 7. Residuer og deres anvendelse S 7.. Lad f(z) = z 3e iarg(z) 3 være hovedgrenen af kubikrodsfunktion i den opskårne plan G = C \ {t + i0 t R,t 0}. Betragt g(z) = f(z) 2 4. Find singulariterne for g, bestem deres art og beregn residuerne i de fundne punkter. S 7.2. Lad f være holomorf på den udprikkede cirkelskive K (0,r). Antag at f er ulige: f( z) = f(z). Vis at laurentrækken for f omkring 0 kun indeholder led med ulige eksponent. Samme spm. for en lige funktion: f( z) = f(z). Beregn residuet ( ( sin z ) ) 5,z Res = 0 sinhz S 7.3. Lad f være holomorf på G = K (0,π), og antag at f(z) cot z for alle z G. Vis at singulariteten i 0 er enten hævelig eller en simpel pol. Ny oplyses yderligere at f opfylder ulighederne f( n ) n for alle n N. Vis at så er singulariteten hævelig. S 7.4. Lad f H(G \ {a}) opfylde lim n f(a + n ) = og lim n f(a + ) = 2. Vis at singulariteten i a er væsentlig. i n S 7.5. Bestem residuet Beregn kurveintegralet Res(cot z,z = 0) γ cot z dz hvor γ er enhedscirklen gennemløbet positivt. Gør rede for at sin z er nulpunktsfri på den udprikkede cirkelskive K (0,π), men at den ikke har nogen kontinuert logaritme på den mængde. 5

S 7.6. Bevis for ethvert n N at d dz cotn z = n cot n z n cot n+ z Sæt r n = Res(cot n z,z = 0) for ethvert n N, og find en rekursionsformel for følgen (r n ). Find til sidst et eksplicit udtryk for r n. S 7.7. Bestem residuet Res( sin 3,z = 0) z S 7.8. Bestem for n N residuet ( ) Res ( + z 2 ) n,z = 0 6