diff --git a/12-residuum.tex b/12-residuum.tex index b73026f..2a2c32e 100644 --- a/12-residuum.tex +++ b/12-residuum.tex @@ -258,4 +258,91 @@ Wir bewiesen Satz~\ref{satz:12-2-1} in mehreren Schritten. Damit ist die Zahl $n$ eindeutig bestimmt. \end{proof} + +\section{Das Residuum} + +\begin{definition}[Residuensatz]\label{def:12-3-1}% + Es sei $f \in \sO(U \setminus p)$ und es sei $R > 0$, sodass + $\overline{K_{0,R}(p)} \subset U$ ist. Der Koeffizient von $(z-p)^{-1}$ in + der Laurententwicklung von $f$ auf $K_{0,R}(p)$ wird + \emph{Residuum}\index{Residuum} von $f$ in $p$ genannt. Die Bezeichnung + $\Res_p(f)$ ist üblich. +\end{definition} + +\begin{bsp}[Hebbare Singularität] + Wenn $f$ in $p$ eine hebbare Singularität hat, dann ist $\Res_p(f) = 0$. +\end{bsp} + +\begin{bsp}[Polstelle] + Es sei $U = \bC$, $p = 0$ und $f(z) = \frac{1}{z}$. Dann ist $\Res_p(f) = 1$. +\end{bsp} + +\begin{bsp}[Polstelle] + Es sei $U = \bC^*$, $p \ne 0$ und $f(z) = \frac{1}{z}$. Dann ist $\Res_p(f) = + 0$. +\end{bsp} + +\begin{erinnerung} + In der Situation von Definition~\ref{def:12-3-1} ist + \[ + \Res_p(f) = \frac{1}{2\pi i} \int_{\partial K_R(p)} f(z) \, dz. + \] +\end{erinnerung} + + +\section{Der Residuensatz} + + +\begin{satz}[Residuensatz]\label{satz:12-3-2}% + Es sei $U \subset \bC$ offen, es sei $P \subset U$ eine endliche Teilmenge, + und $f \in \sO(U \setminus P)$. Sei weiter $\gamma: [a,b] \to U \setminus P$ + ein geschlossener und stetiger Weg, der in $U$ zusammenziehbar ist. Dann gilt: + \[ + \int_\gamma f(z) \, dz = 2\pi i \cdot \sum_{p \in P} \Um(\gamma, p) \cdot \Res_p(f). + \] +\end{satz} +\begin{proof}[Beweis] + Betrachte zunächst einen Punkt $p \in P$. Entwickle $f$ in eine Laurentreihe + in $p$: + \[ + f(z) = \sum_{k=-\infty}^\infty c_k \cdot (z-p)^k + \] + und definiere + \[ + h_p(z) := \sum_{k=-\infty}^{-2} c_k \cdot (z-p)^k. + \] + Die Funktion $h_p$ hat folgende Eigenschaften. + \begin{enumerate} + \item Nach Fakt~\ref{fakt:10-3-1} definiert die Reihe $h_p$ eine auf ganz + $\bC \setminus \{p\}$ holomorphe Funktion. + + \item Die Reihe + \[ + \sum_{k=-\infty}^{-2} c_k \cdot \frac{(z-p)^{k+1}}{k+1} + \] + definiert eine auf ganz $\bC \setminus \{p\}$ holomorphe Stammfunktion von + $h_p$. + + \item Die auf $U \setminus P$ definierte Funktion + \[ + f(z) - h_p(z) - \Res_p(f) \cdot (z-p)^{-1} = \sum_{k=0}^\infty c_k \cdot (z-p)^k + \] + hat in $p$ eine hebbare Singularität! + \end{enumerate} + Das machen wir jetzt für alle $p \in P$ und erhalten: Die Funktion + \[ + g(z) := f(z) - \sum_{p \in P} h_p(z) - \sum_{p \in P} \Res_p(f) \cdot (z-p)^{-1} + \] + hat in allen Punkte $p \in P$ hebbare Singularitäten. Da die Kurve $\gamma$ in $U$ zusammenziehbar ist, folgt aus dem + Cauchy-Integralsatz + \[ + \int_\gamma g(z) \, dz = 0. + \] + Also ist + \[ + \int_\gamma f(z) \, dz = \sum_{p \in P} \underbrace{\int_\gamma h_p(z) \, dz}_{=0\text{, weil Stammfkt.~existiert}} + + \sum_{p \in P} \underbrace{\int_\gamma \frac{\Res_p(f)}{z-p} \, dz}_{= 2\pi i \cdot \Um(\gamma, p) \cdot \Res_p(f)}. + \] + Damit ist der Satz bewiesen. +\end{proof} % !TEX root = Funktionentheorie