輻角原理

輻角原理

輻角原理又稱柯西輻角原理,是複變函數中的一個重要原理,即沿著閉曲線C正向繞行一周后輻角argf(z)的改變數除以2π等於f(z)在C的內部的零點和極點個數的差值。輻角原理可用於求解複變函數的零點或極點個數,也可用於求解方程f(z)=a的根的個數。在自動控制理論中,輻角原理作為奈奎斯特穩定判據的理論基礎,用於判斷單變數系統的穩定性。

對數留數

輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理

積分 的值稱為複變函數 的對數留數。

輻角原理 輻角原理

設C是一條閉曲線,若 符合條件:

輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理

1) 在C內部除可能的極點外解析,即 為亞純函式;

輻角原理 輻角原理

2) 在C上解析且不為零,則有

輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理

其中 與 分別表示 在C的內部的零點和極點的個數(一個n級零點算作n個零點,而一個m級極點算作m個極點)。

定義

輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理

設複變函數 ,當複平面Z上的z點沿閉曲線C的正向(逆時針)繞行一周時(如右圖a),複平面W上的 點就相應地畫出一條連續閉曲線Γ(如右圖b)。

根據複變函數對數的定義,有

輻角原理 輻角原理

由右圖以及上式可歸納出:

輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理

1)當Γ是一條包含原點的簡單閉曲線時, 點沿Γ繞行一周,上式右端第1項的量沒有變化,而第2項的量改變了 (逆時針繞行取正,順時針取負);

2)當Γ曲線內不包含原點時,上式右端兩項的改變數均為零。

輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理

設C是一條閉曲線,定義 為z沿著曲線C的正向繞行一周后 的改變數。

由此可得輻角原理如下:

輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理

設D是閉曲線C所圍成的區域,若(1) 在D內除可能的極點外解析,即為亞純函式;(2) 在C上解析且不為零,則

輻角原理 輻角原理

證明

由牛頓-萊布尼茨公式可知:

輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理
輻角原理 輻角原理

再由

可知

輻角原理 輻角原理

得證。

套用

1)用於求解複變函數的零點或極點個數

輻角原理 輻角原理

2)用於求解方程的根的個數

3)在自動控制中,作為奈奎斯特穩定判據的理論基礎(奈奎斯特穩定判據用於分析單變數系統的穩定性)

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們