المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تعريف دعوى الإلغاء
2024-04-14
مظاهر تمييز الملاحظة الميدانية عن الأشكال الأخرى للملاحظة
28-3-2022
القناعة في الاحاديث الشريفة
26-1-2016
الاجهادات الفيزياوية Physical Stresses
13-8-2019
فنحاص بن عازوراء
2023-03-17
الناسخ والمنسوخ في القرآن‏
27-04-2015

Contour Integration  
  
1117   02:30 مساءً   date: 17-11-2018
Author : Arfken, G
Book or Source : Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press
Page and Part : ...


Read More
Date: 24-10-2018 418
Date: 14-10-2018 1396
Date: 22-11-2018 618

Contour Integration

 

Contour integration is the process of calculating the values of a contour integral around a given contour in the complex plane. As a result of a truly amazing property of holomorphic functions, such integrals can be computed easily simply by summing the values of the complex residues inside the contour.

ContourIntegral

Let P(x) and Q(x) be polynomials of polynomial degree n and m with coefficients b_n, ..., b_0 and c_m, ..., c_0. Take the contour in the upper half-plane, replace x by z, and write z=Re^(itheta). Then

 int_(-infty)^infty(P(z)dz)/(Q(z))=lim_(R->infty)int_(-R)^R(P(z)dz)/(Q(z)).

(1)

Define a path gamma_R which is straight along the real axis from -R to R and make a circular half-arc to connect the two ends in the upper half of the complex plane. The residue theorem then gives

lim_(R->infty)int_(gamma_R)(P(z)dz)/(Q(z)) = lim_(R->infty)int_(-R)^R(P(z)dz)/(Q(z))

(2)

= lim_(R->infty)int_0^pi(P(Re^(itheta)))/(Q(Re^(itheta)))iRe^(itheta)dtheta

(3)

= 2piisum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))],

(4)

where Res[z] denotes the complex residues. Solving,

 lim_(R->infty)int_(-R)^R(P(z)dz)/(Q(z))=2piisum_(I[z]>0)Res(P(z))/(Q(z))-lim_(R->infty)int_0^pi(P(Re^(itheta)))/(Q(Re^(itheta)))iRe^(itheta)dtheta.

(5)

Define

I_R = lim_(R->infty)int_0^pi(P(Re^(itheta)))/(Q(Re^(itheta)))iRe^(itheta)dtheta

(6)

= lim_(R->infty)int_0^pi(b_n(Re^(itheta))^n+b_(n-1)(Re^(itheta))^(n-1)+...+b_0)/(c_m(Re^(itheta))^m+c_(m-1)(Re^(itheta))^(m-1)+...+c_0)iRdtheta

(7)

= lim_(R->infty)int_0^pi(b_n)/(c_m)(Re^(itheta))^(n-m)iRdtheta

(8)

= lim_(R->infty)int_0^pi(b_n)/(c_m)R^(n+1-m)i(e^(itheta))^(n-m)dtheta

(9)

and set

 epsilon=-(n+1-m),

(10)

then equation (9) becomes

 I_R=lim_(R->infty)i/(R^epsilon)(b_n)/(c_m)int_0^pie^(i(n-m)theta)dtheta.

(11)

Now,

 lim_(R->infty)R^(-epsilon)=0

(12)

for epsilon>0. That means that for -n-1+m>=1, or m>=n+2I_R=0, so

 int_(-infty)^infty(P(z)dz)/(Q(z))=2piisum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))]

(13)

for m>=n+2. Apply Jordan's lemma with f(x)=P(x)/Q(x). We must have

 lim_(x->infty)f(x)=0,

(14)

so we require m>=n+1.

Then

 int_(-infty)^infty(P(z))/(Q(z))e^(iaz)dz=2piisum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))e^(iaz)]

(15)

for m>=n+1 and a>0. Since this must hold separately for real and imaginary parts, this result can be extended to

 int_(-infty)^infty(P(x))/(Q(x))cos(ax)dx=2piR{sum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))e^(iaz)]}

(16)

 int_(-infty)^infty(P(x))/(Q(x))sin(ax)dx=2piI{sum_(I[z]>0)Res[(P(z))/(Q(z))e^(iaz)]}.

(17)

 


REFERENCES:

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 406-409, 1985.

Krantz, S. G. "Applications to the Calculation of Definite Integrals and Sums." §4.5 in Handbook of Complex Variables. Boston, MA: Birkhäuser, pp. 51-63, 1999.

Morse, P. M. and Feshbach, H. Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill, pp. 353-356, 1953.

Whittaker, E. T. and Watson, G. N. "The Evaluation of Certain Types of Integrals Taken Between the Limits -infty and +infty," "Certain Infinite Integrals Involving Sines and Cosines," and "Jordan's Lemma." §6.22-6.222 in A Course in Modern Analysis, 4th ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 113-117, 1990.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.