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演習

2026年10月15日2分で読めますAI生成教科書『基礎理論』第3章 Laurent 展開と留数定理

AI 生成・木下が未勉強

応用数学入門 第3章 §3.2 ★★★ 単純極・高位極・p/qp/q 型を状況で使い分ける

例題 3.1(各種の極の留数 ★★★)

オリジナル(1) Res⁡z=i11+z2\displaystyle\operatorname{Res}_{z=\mathrm{i}}\frac{1}{1+z^2}、(2) Res⁡z=0ezz3\displaystyle\operatorname{Res}_{z=0}\frac{\mathrm{e}^z}{z^3}、(3) Res⁡z=0cot⁡z\displaystyle\operatorname{Res}_{z=0}\cot z を求めよ。

解答

(1) 単純極。11+z2=1(z−i)(z+i)\dfrac{1}{1+z^2}=\dfrac{1}{(z-\mathrm{i})(z+\mathrm{i})} よりRes⁡z=i=1z+i∣z=i=12i\operatorname{Res}_{z=\mathrm{i}}=\dfrac{1}{z+\mathrm{i}}\big|_{z=\mathrm{i}}=\dfrac{1}{2\mathrm{i}}。(検算スクリプト で確認。)(2) z=0z=0 は3位の極。m=3m=3 の公式でRes⁡=12!lim⁡z→0 ⁣d2 ⁣dz2ez=12\operatorname{Res}=\dfrac{1}{2!}\lim_{z\to0}\dfrac{\mathop{}\!\mathrm{d}^2}{\mathop{}\!\mathrm{d} z^2}\mathrm{e}^z=\dfrac12。(ez=1+z+z2/2+⋯\mathrm{e}^z=1+z+z^2/2+\cdots の z2z^2 の係数が c−1c_{-1} になることからも 1/21/2。)(3) cot⁡z=cos⁡zsin⁡z\cot z=\dfrac{\cos z}{\sin z}、z=0z=0 は sin⁡z\sin z の単純零点。Res⁡=cos⁡z(sin⁡z)′∣0=cos⁡0cos⁡0=1\operatorname{Res}=\dfrac{\cos z}{(\sin z)'}\big|_{0}=\dfrac{\cos0}{\cos0}=1。Laurent 展開の z−1z^{-1} 係数を読むか極位数の公式か、状況で使い分けるとよい。

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