maths.free › Complex Analysis › Contour integrals and the residue theorem

Contour integrals and the residue theorem

Cauchy's theorem, the integral formula, and evaluating real integrals with residues.

The integral of a holomorphic function around a closed loop is zero; around a singularity it is 2πi times the residue. Real integrals like ∫dx/(1 + x²) close in the upper half-plane and pick up the residue at i. Picture it: the contour along the real axis closed by a great semicircle enclosing the pole at i. Think it: Cauchy's theorem is Green's theorem plus the Cauchy-Riemann equations.

Voorbeeld van werk · integrate 1/(1+x^2) dx from -oo to oo

Calculus · Definite-Integrals

Integrate 1/(x^2 + 1) from -oo to oo

\int_{-\infty}^{\infty} \frac{1}{x^{2} + 1}\, dx

Stap voor stap

  1. \int_{-\infty}^{\infty} \frac{1}{x^{2} + 1}\, dx

    First find an antiderivative F, then evaluate F(b) − F(a).

  2. \int \frac{1}{x^{2} + 1}\, dx = \operatorname{atan}{\left(x \right)}

    Recognise an inverse-trig / inverse-hyperbolic form.

  3. F(\infty) - F(-\infty) = \left(\frac{\pi}{2}\right) - \left(- \frac{\pi}{2}\right)

    Fundamental theorem of calculus: plug in the limits.

  4. = \pi \approx 3.1416

    Simplify.

Onthul het antwoord
\pi

Nu jij. Kies een probleem, type of teken je eigen. Elke stap, een foto, het antwoord verborgen totdat je het vraagt.

Blijf jezelf aan het werk

Een gratis account voegt notities toe bij elke les, een record van wat je klaar bent, je problemen opgelost op één plaats, en een leraar die je kunt vragen over deze pagina. De wiskunde zelf is open voor iedereen, ingelogd of niet.

Aanmelden Aanmelden

Hier gebruikte symbolen

Tik op elk symbool voor de volledige definitie, een afbeelding en wat elke letter erin betekent.

Hoe: Contour integrals and the residue theorem

  1. First find an antiderivative F, then evaluate F(b) − F(a).
  2. Recognise an inverse-trig / inverse-hyperbolic form.
  3. Fundamental theorem of calculus: plug in the limits.
  4. Simplify.

Vragen die mensen stellen

Why is complex differentiability so much stronger than real?

The limit must be the same from every direction in the plane, not just two. That forces the Cauchy-Riemann equations, which in turn force infinitely many derivatives and a convergent Taylor series.

What is a residue?

The coefficient of 1/(z − a) in the Laurent series at a singularity a. The residue theorem says a contour integral equals 2πi times the sum of the residues inside, which evaluates many real integrals in one line.

Meer in Complex Analysis

The complex plane and Euler's formulaHolomorphic functions and the Cauchy-Riemann equationsPower series and analytic continuation