Autor Tema: Integral en variable compleja

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22 Marzo, 2007, 03:16 am
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surrealfrog

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El enunciado es el siguiente:
Hallar el valor numérico de \(  \displaystyle\int_{C}^{}\displaystyle\frac{dz}{z^2+4}  \)
a lo largo de la recta x + y = 1 en la dirección en que aumenta x
La respuesta que da el texto es \(  \pi/2  \)
Espero que alguien me pueda ayudar con este problema

22 Marzo, 2007, 09:23 am
Respuesta #1

Luis Fuentes

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Hola

 La recta parametrizada en la dirección en que crece x es:

 (x(t),y(t))=(1,0)+(1,-1)t     (CORREGIDO)

 En notación compleja:

 z(t)=1+(1-i)t

 y por tanto

 dz=(1-i)dt

 La integral te queda:

\(  \displaystyle\int_{-\infty}^{\infty}\displaystyle\frac{(1-i)dt}{(1+(1-i)t)^2+4} \)

 Ahora integra y haz cuentas....

Saludos.

23 Marzo, 2007, 12:19 am
Respuesta #2

surrealfrog

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¿Cómo llegas a esa ecuación de la recta parametrizada?

23 Marzo, 2007, 03:56 am
Respuesta #3

Rogelio Yoyontzin

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También se puede calcular, calculando los residuos.

la función \( \frac{1}{z^4+2} \) tiene dos polos, en \( 2i \) y en \( -2i \).  y la recta \( x+y=1 \) es una recta que pasa entre estos dos polos, al igual que la recta real.  Entonces existe una homotpía entre estas dos rectas, por lo que calcular la integral sobre la recta \( x+y=1 \) es lo mismo que calcular la integral sobre la recta real.

Entonces , Dado que la función a integrar es par, tenemos que:
\( \int_{-\infty}^{\infty}\frac{dz}{z^4+2}=\lim_{R\rightarrow\infty}\int_{-R}^R\frac{dz}{z^4+2} \)

Entonces calculamos \( \int_{-R}^R\frac{dz}{z^4+2} \).  Para esto entonces sea \( \alpha \) El semicírculo que va del punto \( R \) al punto \( -R \) tal que la curva cerrada \( [-R,R]+\alpha \) sólo contenga al punto \( 2i  \). Por el teorema del residuo, tenemos que
\( \int_{[-R,R]+\alpha}\frac{dz}{z^4+2}= 2\pi i 1/4i = \pi/2 \)

de tal suerte que
\( \int_{-R}^R\frac{dz}{z^4+2}= \pi/2-\int_{\alpha}\frac{dz}{z^4+2} \)

Sin embargo, cuando \( |z|=R \), \( |z^4+2|\geq | |z^4|-|2||=|R^4-2| \) y entonces
\( \frac{1}{z^4+2}\leq \frac{1}{R^4-2} \)
por lo que
\( \int_{\alpha}\frac{dz}{z^4+2}\leq \frac{1}{R^4-2}\pi R \)
(donde \( \pi R \) es la longitud del semicirculo \( \alpha \)) que, cuando \( R\mapsto \infty \), \( \frac{1}{R^4-2}\pi R\mapsto 0 \)

y por lo tanto, al tomar el límite cuand o\( R\mapsto \infty \) se obtiene que

\( \int_{-\infty}^{\infty}\frac{dz}{z^4+2}=\frac{\pi}{2} \)
Yoyontzin.

23 Marzo, 2007, 08:20 am
Respuesta #4

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

 Para parametrizar la recta simlpemente a partir de la ecuación cartesiana calcula la vectorial:

\(  x+y=1 \quad \Longrightarrow{ } \quad x=1-y \)

 Si llamas y=t; (x,y)=(1-t,t) y para recorrerla en el sentido que crece x le cambiamos de signo al parámetro: (x,y)=(1+t,-t).

 De todas formas es mucho mejor el método de yoyontzin. Yo apliqué directamente la definición de integral a lo largo de una curva, pero la herramienta realmente potente y que facilita las cosas para calcular estas integrales son los residuos.

Saludos.