1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : التحليل : التحليل العقدي :

Contour Integration

المؤلف:  Arfken, G

المصدر:  Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press

الجزء والصفحة:  ...

17-11-2018

1548

Contour Integration

 

Contour integration is the process of calculating the values of a contour integral around a given contour in the complex plane. As a result of a truly amazing property of holomorphic functions, such integrals can be computed easily simply by summing the values of the complex residues inside the contour.

ContourIntegral

Let P(x) and Q(x) be polynomials of polynomial degree n and m with coefficients b_n, ..., b_0 and c_m, ..., c_0. Take the contour in the upper half-plane, replace x by z, and write z=Re^(itheta). Then

 int_(-infty)^infty(P(z)dz)/(Q(z))=lim_(R->infty)int_(-R)^R(P(z)dz)/(Q(z)).

(1)

Define a path gamma_R which is straight along the real axis from -R to R and make a circular half-arc to connect the two ends in the upper half of the complex plane. The residue theorem then gives

lim_(R->infty)int_(gamma_R)(P(z)dz)/(Q(z)) = lim_(R->infty)int_(-R)^R(P(z)dz)/(Q(z))

(2)

= lim_(R->infty)int_0^pi(P(Re^(itheta)))/(Q(Re^(itheta)))iRe^(itheta)dtheta

(3)

= 2piisum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))],

(4)

where Res[z] denotes the complex residues. Solving,

 lim_(R->infty)int_(-R)^R(P(z)dz)/(Q(z))=2piisum_(I[z]>0)Res(P(z))/(Q(z))-lim_(R->infty)int_0^pi(P(Re^(itheta)))/(Q(Re^(itheta)))iRe^(itheta)dtheta.

(5)

Define

I_R = lim_(R->infty)int_0^pi(P(Re^(itheta)))/(Q(Re^(itheta)))iRe^(itheta)dtheta

(6)

= lim_(R->infty)int_0^pi(b_n(Re^(itheta))^n+b_(n-1)(Re^(itheta))^(n-1)+...+b_0)/(c_m(Re^(itheta))^m+c_(m-1)(Re^(itheta))^(m-1)+...+c_0)iRdtheta

(7)

= lim_(R->infty)int_0^pi(b_n)/(c_m)(Re^(itheta))^(n-m)iRdtheta

(8)

= lim_(R->infty)int_0^pi(b_n)/(c_m)R^(n+1-m)i(e^(itheta))^(n-m)dtheta

(9)

and set

 epsilon=-(n+1-m),

(10)

then equation (9) becomes

 I_R=lim_(R->infty)i/(R^epsilon)(b_n)/(c_m)int_0^pie^(i(n-m)theta)dtheta.

(11)

Now,

 lim_(R->infty)R^(-epsilon)=0

(12)

for epsilon>0. That means that for -n-1+m>=1, or m>=n+2I_R=0, so

 int_(-infty)^infty(P(z)dz)/(Q(z))=2piisum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))]

(13)

for m>=n+2. Apply Jordan's lemma with f(x)=P(x)/Q(x). We must have

 lim_(x->infty)f(x)=0,

(14)

so we require m>=n+1.

Then

 int_(-infty)^infty(P(z))/(Q(z))e^(iaz)dz=2piisum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))e^(iaz)]

(15)

for m>=n+1 and a>0. Since this must hold separately for real and imaginary parts, this result can be extended to

 int_(-infty)^infty(P(x))/(Q(x))cos(ax)dx=2piR<span style={sum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))e^(iaz)]} " src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/ContourIntegration/NumberedEquation9.gif" style="height:47px; width:307px" />

(16)

 int_(-infty)^infty(P(x))/(Q(x))sin(ax)dx=2piI<span style={sum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))e^(iaz)]}. " src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/ContourIntegration/NumberedEquation10.gif" style="height:47px; width:302px" />

(17)

 


REFERENCES:

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 406-409, 1985.

Krantz, S. G. "Applications to the Calculation of Definite Integrals and Sums." §4.5 in Handbook of Complex Variables. Boston, MA: Birkhäuser, pp. 51-63, 1999.

Morse, P. M. and Feshbach, H. Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill, pp. 353-356, 1953.

Whittaker, E. T. and Watson, G. N. "The Evaluation of Certain Types of Integrals Taken Between the Limits -infty and +infty," "Certain Infinite Integrals Involving Sines and Cosines," and "Jordan's Lemma." §6.22-6.222 in A Course in Modern Analysis, 4th ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 113-117, 1990.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي