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Cálculo complejo: integrales y ecuaciones trigonométricas, Ejercicios de Matemáticas

Ejercicios resueltos de cálculo complejo, cubriendo temas como la resolución de ecuaciones trigonométricas complejas y el cálculo de integrales de contorno utilizando el teorema de cauchy y el cálculo de residuos. Se muestran ejemplos detallados paso a paso, lo que lo hace útil para estudiantes universitarios que cursan asignaturas de análisis complejo o variable compleja. el documento proporciona una valiosa herramienta para la práctica y comprensión de conceptos clave en el análisis matemático avanzado.

Tipo: Ejercicios

2023/2024

Subido el 25/04/2025

jordy-manrique-2
jordy-manrique-2 🇵🇪

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bg1
Problema4
a) Encuentretodaslassolucionesdelaecuación𝑐𝑜𝑡(𝑥)= 2𝑖.
𝑐𝑜𝑡(𝑥)= 1
𝑡𝑎𝑛(𝑥)
𝑐𝑜𝑡(𝑥)= 2𝑖 𝑡𝑎𝑛(𝑥)= 1
2−𝑖
𝑡𝑎𝑛(𝑥)= 1
2−𝑖.2+𝑖
2+𝑖 =2+𝑖
3=2
3+𝑖3
𝑡𝑎𝑛(𝑥)= 2
3+𝑖3
𝑡𝑎𝑛(𝑥)= 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
𝑐𝑜𝑠(𝑥) = 2
3+𝑖3
consideramosxensuformacompleja
𝑥=𝑢+𝑖𝑣
𝑡𝑎𝑛(𝑢+𝑖𝑣)= 𝑡𝑎𝑛(𝑢)+𝑖𝑡𝑎𝑛ℎ(𝑣)
1−𝑖𝑡𝑎𝑛(𝑢)𝑡𝑎𝑛ℎ(𝑣)
𝑡𝑎𝑛(𝑢)+𝑖𝑡𝑎𝑛ℎ(𝑣)
1−𝑖𝑡𝑎𝑛(𝑢)𝑡𝑎𝑛ℎ(𝑣) =2
3+𝑖3
partereal:
𝑡𝑎𝑛(𝑢)= 2
3
parteimaginaria:
𝑡𝑎𝑛ℎ(𝑣)=13
parau:
𝑢=𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 2
3
( )
+𝑛π 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑛 𝑍
parav:
𝑣=𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛ℎ 13
( )
=12𝑙𝑛 1+13
1−13
( )
=12𝑙𝑛 4/3
2/3
( )
=12𝑙𝑛(2)
𝑣12𝑙𝑛(2)
Lassolucionescompletasson:
𝑥=𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛( 2
3)+𝑛π+𝑖±12𝑙𝑛(2)
( )
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑛 𝑍
b)SeaCunacurvacerrada,calculelaintegral
Dadoqueesentero(notienesingularidadesenelplanocomplejo),sepuede
aplicarelteoremadeCauchydirectamente.
esunpolinomio,queesanalíticoentodoelplanocomplejo.
𝑧2
esunafunciónexponencial,queesanalíticaentodoelplanocomplejo.
𝑒𝑧2
esunacombinacióndefuncionesexponenciales,queesanalíticaen
𝑐𝑜𝑠ℎ(𝑧2+1)
todoelplanocomplejo.
pf3
pf4
pf5

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Problema 4

a) Encuentre todas las soluciones de la ecuación 𝑐𝑜𝑡(𝑥) = 2 − 𝑖.

3 =^

3 +^

3 +^

𝑐𝑜𝑠(𝑥) =^

3 +^

consideramos x en su forma compleja

1−𝑖𝑡𝑎𝑛(𝑢)𝑡𝑎𝑛ℎ(𝑣) =^

3 +^

parte real:

parte imaginaria:

para u:

( 3 ) + 𝑛π 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑛 ∈^ 𝑍

para v:

( 3 ) =^

2 𝑙𝑛^

2 𝑙𝑛^

( 2/3) =^

Las soluciones completas son:

3 ) + 𝑛π + 𝑖 ±^

( 2 𝑙𝑛(2)) 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑛 ∈^ 𝑍

b) Sea C una curva cerrada, calcule la integral

Dado que es entero(no tiene singularidades en el plano complejo), se puede

aplicar el teorema de Cauchy directamente.

● 𝑧 es un polinomio, que es analítico en todo el plano complejo.

● 𝑒 es una función exponencial, que es analítica en todo el plano complejo.

𝑧^2

● 𝑐𝑜𝑠ℎ(𝑧 es una combinación de funciones exponenciales, que es analítica en

todo el plano complejo.

𝑧^2

Al ser de curva cerrada. la integral será cero

Problema 5

a) Calcular la integral

(𝑧+1 )^4 (𝑧 2 −9)

2 ( 𝑧−4 )

∑ 𝑅𝑒𝑠[𝑅(𝑧); 𝑍

]

Los polos de 𝑓(𝑧) = son:

(𝑧+1 )^4 (𝑧 2 −9)

2 ( 𝑧−4 )

● 𝑧 − 4 = 0 →z = 4 polo simple.

El orden de un polo nos indica cuántas veces debemos derivar para calcular el

residuo.

La curva C es una circunferencia centrada en el origen con radio 2. Podemos

visualizarla y ver que solo el polo z = -1 está dentro de la circunferencia.

Como f(z)=z es una función entera (holomorfa en todo el plano complejo), y γ es una

curva cerrada simple, el teorema de Cauchy nos dice directamente que:

γ

b)

La función f(z)=Re(z) no es holomorfa. Por lo tanto, no podemos usar el teorema de

Cauchy directamente.

Parametrizamos la curva γ:

π

2 ≤𝑡≤^

π 2

𝑑𝑧 = 𝑖𝑒 y

Sustituimos:

γ

π

γ

c)

La función f(z)= tiene una singularidad en z=0, que está dentro de la curva γ. No

podemos usar el teorema de Cauchy directamente. Dividimos la poligonal en tres

segmentos:

γ1: de 1 a -

γ2: de -1 a -i

γ3: de -i a i

Parametrizamos cada segmento y calculamos las integrales:

γ

𝑧 𝑑𝑧 =^

γ

𝑧 𝑑𝑧 =^

−1−𝑖𝑡 ⋅(− 𝑖)𝑑𝑡 =− 𝑖𝑙𝑛∣ − 1 − 𝑖∣ + 𝑖𝑙𝑛∣ − 1∣ =− 𝑖^

π 4

γ

𝑧 𝑑𝑧 =^

Sumando las integrales sobre cada segmento:

γ

𝑧 𝑑𝑧 =− 𝑖^

π 4