応用数学入門 第4章 §4.3 ★★ 上半平面の留数を数える:∫dx/(x2+a2) が基本形
要点
∫−∞∞Q(x)P(x)dx(degQ≥degP+2、実軸上に極なし)は、上半平面の大半円で閉じる。半円上の寄与は R→∞ で消えるので
∫−∞∞QPdx=2πiImak>0∑Resz=akQP.
例題 4.2(有理関数 ★★)
オリジナル∫−∞∞1+x4dx を求めよ。
解答
1+z4=0 の根は z=eiπ/4,e3iπ/4,e5iπ/4,e7iπ/4。上半平面にあるのは z1=eiπ/4, z2=e3iπ/4。単純極なので Res=(z4)′1=4z31=4z4z=−4z(z4=−1 を使用)。
2πi(−4z1+z2)=2πi⋅4−(eiπ/4+e3iπ/4).
eiπ/4+e3iπ/4=i2 なので、値は2πi⋅4−i2=2π。(検算スクリプト で確認。)Res=q′(a)p(a) を使うと高次の分母でも手早く処理できる好例である。
AI(Claude)が書いた教材を、木下が勉強しながら公開しています。式と数値は検算していますが、誤りが残っているかもしれません。誤りのご指摘・削除のご依頼をいただければ直します。 連絡先:support@tecktom.com