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Stefan Kebekus
2025-11-25 16:58:19 +01:00
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@@ -258,4 +258,91 @@ Wir bewiesen Satz~\ref{satz:12-2-1} in mehreren Schritten.
Damit ist die Zahl $n$ eindeutig bestimmt. Damit ist die Zahl $n$ eindeutig bestimmt.
\end{proof} \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 % !TEX root = Funktionentheorie