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Exercícios - Variáveis Complexas, Exercícios de Matemática

Assuntos: Teorema de Cauchy- Gousart, integrais definidas e fórmulas integrais de Cauchy

Tipologia: Exercícios

Antes de 2010

Compartilhado em 07/08/2008

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henrique-reis-8 🇧🇷

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Funda¸ao Universidade de Bras´ılia
Departamento de Matem´atica - IE
Campus Universit´ario, 70910-900 - Bras´ılia - DF Fone: (061) 273-3356 FAX: (061) 274-3910
Vari´avel Complexa 1 - 5aLista de Exerc´ıcios
Prof. Lineu da Costa Neto
1. Usando o Teorema de Cauchy - Goursat, verifique que ZC
f(z)dz =0,onde
a) f(z)= 1
z2+4;C=c´ırculo unit´ario |z|=1;
b) f(z)=1
z;C=c´ırculo de centro 2 e raio 1 (isto ´e, |z2|= 1);
c) f(z)=z·ez2;C=c´ırculo unit´ario |z|=1
d) f(z)=tgz;C=c´ırculo unit´ario |z|=1
e) f(z)=ez+z
z2;C=c´ırculo unit´ario |z|=1.
2. a) Seja Ba fronteira da regi˜ao entre o c´ırculo |z|= 4 e o quadrado com lados
sobre as retas x=±1ey=±1, onde B´e orientada de modo a deixar a regi˜ao
`a sua esquerda. Verifique ZB
f(z)dz = 0, onde f(z)= z
1ez.
b) Idem ao item a), onde f(z)= 1
z2(z2+9) eB´e a fronteira da regi˜ao entre os
ırculos |z|=2e|z|= 1, orientada de modo a deixar a regi˜ao `a sua esquerda.
3. a) Seja C1um caminho fechado no dom´ınio interior a um outro caminho fechado
C2, onde C1eC2ao ambos orientados no sentido positivo (anti-hor´ario).
Mostre que se f´e uma fun¸ao anal´ıtica sobre C1eC2e na regi˜ao entre C1
eC2, ent˜ao RC1f(z)dz =RC2f(z)dz.
b) Conclua que ZC1
dz
z3(z2+ 10) =ZC2
dz
z3(z2+ 10),onde C1´eoc´ırculo |z|=1eC2
´e o c ´ırculo |z|= 2 (ambos orientados positivamente).
4. Calcule as seguintes integrais:
a) Zi/2
ieπzdz Resposta: 1+i
π
b) Zπ+2i
0cos z
2dz Resposta: e+1
e
c) Z3
1(z2)3dz (Resposta: 0)
5. Considere a fun¸ao f(z)= 1
z2.
a) Verifique que ZC
f(z)dz = 0 para todo contorno fechado Cque ao passe pela
origem (ou seja, do qual a origem seja ponto interior ou ponto exterior), embora
fao seja anal´ıtica em z= 0. Tal enunciado contradiz o Teorema de Morera?
b) Verifique que f´e limitada para z→∞, mas fao ´e constante. Tal enunciado
contradiz o Teorema de Liouville?
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Funda¸c˜ao Universidade de Bras´ılia Departamento de Matem´atica - IE

Campus Universit´ario, 70910-900 - Bras´ılia - DF Fone: (061) 273-3356 – FAX: (061) 274-

Vari´avel Complexa 1 - 5a^ Lista de Exerc´ıcios

Prof. Lineu da Costa Neto

  1. Usando o Teorema de Cauchy - Goursat, verifique que

C

f(z)dz = 0, onde

a) f(z) =

z^2 + 4

; C = c´ırculo unit´ario |z| = 1;

b) f(z) =

z

; C = c´ırculo de centro 2 e raio 1 (isto ´e, |z − 2 | = 1);

c) f(z) = z · ez 2 ; C = c´ırculo unit´ario |z| = 1 d) f(z) = tgz; C = c´ırculo unit´ario |z| = 1

e) f(z) =

ez^ + z z − 2

; C = c´ırculo unit´ario |z| = 1.

  1. a) Seja B a fronteira da regi˜ao entre o c´ırculo |z| = 4 e o quadrado com lados sobre as retas x = ±1 e y = ±1, onde B ´e orientada de modo a deixar a regi˜ao `a sua esquerda. Verifique

B

f(z)dz = 0, onde f(z) =

z 1 − ez^

b) Idem ao item a), onde f(z) =

z^2 (z^2 + 9)

e B ´e a fronteira da regi˜ao entre os c´ırculos |z| = 2 e |z| = 1, orientada de modo a deixar a regi˜ao `a sua esquerda.

  1. a) Seja C 1 um caminho fechado no dom´ınio interior a um outro caminho fechado C 2 , onde C 1 e C 2 s˜ao ambos orientados no sentido positivo (anti-hor´ario). Mostre que se f ´e uma fun¸c˜ao anal´ıtica sobre C 1 e C 2 e na regi˜ao entre C 1 e C 2 , ent˜ao

∫ C 1 f(z)dz^ =^

∫ C 2 f(z)dz.

b) Conclua que

C 1

dz z^3 (z^2 + 10)

C 2

dz z^3 (z^2 + 10)

, onde C 1 ´e o c´ırculo |z| = 1 e C 2 ´e o c´ırculo |z| = 2 (ambos orientados positivamente).

  1. Calcule as seguintes integrais:

a)

∫ (^) i/ 2

i

eπz^ dz

( Resposta:

1 + i π

)

b)

∫ (^) π+2i

0

cos

z 2

dz

( Resposta: e +

e

)

c)

∫ (^3)

1

(z − 2)^3 dz (Resposta: 0)

  1. Considere a fun¸c˜ao f(z) =

z^2

a) Verifique que

C

f(z)dz = 0 para todo contorno fechado C que n˜ao passe pela origem (ou seja, do qual a origem seja ponto interior ou ponto exterior), embora f n˜ao seja anal´ıtica em z = 0. Tal enunciado contradiz o Teorema de Morera? b) Verifique que f ´e limitada para z → ∞, mas f n˜ao ´e constante. Tal enunciado contradiz o Teorema de Liouville?

  1. Considere g(z 0 ) =

C

2 z^2 − z − 2 z − z 0

dz, onde C ´e o c´ırculo |z| = 3 orientado positiva- mente e |z 0 | 6 = 3.

a) Verifique que g(2) = 8πi. b) Qual ´e o valor de g(z 0 ) quando |z 0 | > 3?

  1. Considere g(z 0 ) =

C

z^3 + 2z (z − z 0 )^3

dz, onde C ´e um caminho fechado orientado positi- vamente. Verifique que { g(z 0 ) = 6 πiz 0 , se z 0 est´a no interior de C g(z 0 ) = 0 , se z 0 est´a no exterior de C

  1. Seja C a fronteira do quadrado cujos lados est˜ao sobre as retas x = ±2 e y ± 2, orientada positivamente. Calcule as seguintes integrais:

a)

C

e−z^ dz z − π 2 i

(Resposta: 2π)

b)

C

cos z z(z^2 + 8)

dz

( Resposta:

πi 4

)

c)

C

z 2 z + 1

dz

( Resposta:

−πi 2

)

d)

C

tg z 2 (z − x 0 )^2

(|x 0 | < 2)

( Resposta: πi sec^2

x 0 2

)

e)

C

cos hz z^4

dz (Resposta: 0)

  1. Seja C o c´ırculo |z − i| = 2, orientado positivamente. Calcule

C

g(z)dz, onde:

a) g(z) =

z^2 + 4

(Resposta: π 2 )

b) g(z) =

(z^2 + 4)^2

(Resposta: 16 π )

  1. Mostre que

C

f′(z)dz (z − z 0 )

C

f(z)dz (z − z 0 )^2

, onde C ´e o caminho fechado orientado positivamente que n˜ao passa por z 0 e f ´e uma fun¸c˜ao anal´ıtica sobre C e em seu interior.

  1. Seja C o c´ırculo unit´ario |z| = 1, orientado de θ = −π e θ = π. Seja k ∈ IR.

a) Mostre que

∫ C

ekz z dz^ = 2πi. b) Escrevendo a integral do item a) em termos de θ, conclua que ∫ (^) π

0

ek^ cos^ θ^ cos(k sen θ)dθ = π.