4 votos

Cómo probar esta integral$\iint_{D} \frac{\mathrm{d}\bar{z}\mathrm{d}z}{z-\zeta} = - 2{\pi}i{\bar{\zeta}} $

Estoy leyendo este papel

hay una parte integral en la que

$$\iint_{D} \frac{\mathrm{d}\bar{z}\mathrm{d}z}{z-\zeta} = - 2{\pi}i{\bar{\zeta}} $$ where $D$ is a disc of radius R and $\zeta$ is a point in $D$.

Escribo la izquierda en la definición

deje $\zeta = a+ i b$

$$\begin{align}\iint_{D} \left(\frac{\mathrm{d}\bar{z}\mathrm{d}z}{z-\zeta} \right) &=2i \iint_{D}\frac{\mathrm{d}x\mathrm{d}y}{(x+iy)-(a+ib)} \\&=2 \iint_{D}\frac{(y-b)\mathrm{d}x\mathrm{d}y}{(x-a)^2+(y-b)^2} +2i\iint_{D}\frac{(x-a)\mathrm{d}x\mathrm{d}y}{(x-a)^2+(y-b)^2} \end{align}$$

entonces debe ser $$\iint_{D}\frac{(x-a)\mathrm{d}x\mathrm{d}y}{(x-a)^2+(y-b)^2}=-{\pi}a$$

usando coordenadas polares para sustituir

$$\begin{align}\iint_{D}\left(\frac{(x-a)\mathrm{d}x\mathrm{d}y}{(x-a)^2+(y-b)^2}\right)&= \int^R_0\mathrm{d}r\int^{\pi}_{-\pi}\left(\frac{r(r\cos\theta -a)}{(r\cos\theta-a)^2+(r\sin\theta - b)^2}\mathrm{d}\theta \right)\end{align}$$

$$=\iint\frac{(r(\cos^2(\theta/2)-\sin^2(\theta/2))-a(\cos^2(\theta/2)+\sin^2(\theta/2)))\mathrm{d}\theta\mathrm{d}r}{(r^2+a^2+b^2)(\cos^2(\theta/2)+\sin^2(\theta/2))-2ra(\cos^2(\theta/2)-\sin^2(\theta/2)) -4rb\sin(\theta/2)\cos(\theta/2)}\overset{\tan(\theta/2)=t}{=}\int^R_02r\mathrm{d}r\int^{+\infty}_{-\infty}\frac{r(1-t^2)-a(1+t^2)}{((r^2+a^2+b^2(1+t^2)-2ra(1-t^2)-4rbt))(1+t^2)}\mathrm{d}t $$

y no sé cómo continuar.

hice algo mal ?

y yo creo que el autor utiliza un lenguaje complejo para su comodidad

tengo que calcular en real es el camino equivocado, pero no sé cómo hacerlo en el complejo.

gracias!

5voto

Joe Gauterin Puntos 9526

La integral tiene no $-2\pi i \bar{\zeta}$ menos que el disco de $D$ está centrada en el origen.

Suponga $D$ es con centro en el origen y $r$ es su radio. El uso de Stoke teorema de complejo de coordenadas, tenemos

$$\int_D \frac{d\bar{z} \wedge dz}{z\zeta} = \int_D d\left( \frac{\bar{z}-\bar{\zeta}}{z\zeta} dz \right) = \int_{\partial D} \frac{\bar{z}-\bar{\zeta}}{z \zeta} dz $$ En el círculo de $\partial D$,$\displaystyle\;\bar{z} = \frac{r^2}{z}\;$. Al$\zeta \ne 0 $$\in D \setminus \partial D$, podemos evaluar la integral utilizando ordinaria de la integral de contorno.

$$\begin{align}\int_{\partial D}\left(\frac{r^2}{z} - \bar{\zeta}\right)\frac{1}{z-\zeta}dz &= \int_{\partial D}\left[\frac{r^2}{\zeta}\left(\frac{1}{z-\zeta}-\frac{1}{z}\right)- \frac{\bar{\zeta}}{z-\zeta}\right]dz\\ &= 2\pi i \left[ \frac{r^2}{\zeta} (1 - 1) - \bar{\zeta}\right] = -2\pi i \bar{\zeta} \end{align} $$ Al $\zeta = 0$, el resultado es similar.

Nota

Por favor, tenga en cuenta que hay algunos problemas sutiles en cómo manejar la singularidad en $\zeta$ correctamente.
Hemos optado por el uso de la relación $$\frac{d\bar{z} \wedge dz}{z\zeta} = d\left( \frac{\bar{z}-\bar{\zeta}}{z\zeta} dz \right) \quad\text{ lugar }\quad \frac{d\bar{z} \wedge dz}{z\zeta} = d\left( \frac{\bar{z}}{z\zeta} dz \right) $$ para evaluar la integral. De esta manera, el intermedio $1$-forma sigue siendo limitada y podemos olvidarnos de la singularidad.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X