Skip navigation

3.1. Định nghĩa

Định nghĩa

Cho hàm biến phức đơn trị $f(z)$ xác định trong miền $D$ và $L\subset D$ là đường cong (kín) có điểm đầu là $A$, điểm cuối là $B$. Chia $L$ một cách tùy ý thành $n$ đoạn cong nhỏ $L_k$ với độ dài là $\Delta z_k, (k=\overline{1,n})$, $\zeta_k(=\xi_k+i\eta_k)\in L_k$. Xét $$ I_n=\sum\limits_{i=1}^nf(\zeta_k)\Delta z_k\tag{3.1}\label{s1} $$ được gọi là tổng tích phân của hàm $f(z)$ trên đường cong $L$.

Nếu khi $n \rightarrow \infty$ sao cho $\max\limits_{1\leq k\leq n} |\Delta z_k| \rightarrow 0$ mà $I_n \rightarrow I$ thì $I$ được gọi là tích phân của hàm $f(z)$ dọc theo đường cong $L$ từ $A$ đến $B$.

Kí hiệu: $\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}} f(z) dz$. Vậy $$I=\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}} f(z) dz=\lim\limits_{\max\limits_{1\leq k\leq n} |\Delta z_k| \rightarrow 0}\sum\limits_{i=1}^nf(\zeta_k)\Delta z_k.$$

Cách tính

Cách 1:

Tổng tích phân \eqref{s1} có thể phân tích thành tổng của 2 tổng tích phân như sau:

\begin{align}\sum\limits_{k=1}^nf(\zeta_k)\Delta z_k&=\sum\limits_{k=1}^n\left[u(\xi_k,\eta_k)+iv(\xi_k,\eta_k)\right](\Delta x_k+i\Delta y_k)\\&=\sum\limits_{k=1}^n\left[u(\xi_k,\eta_k)\Delta x_k-v(\xi_k,\eta_k)\Delta y_k\right]+i\sum\limits_{k=1}^n\left[v(\xi_k,\eta_k)\Delta x_k+u(\xi_k,\eta_k)\Delta y_k\right]\tag{3.2}\label{s2}\end{align}

Hơn nữa $$\max\limits_{1\leq k\leq n}|\Delta z_k|\to 0\Leftrightarrow \begin{cases}\max\limits_{1\leq k\leq n}|\Delta x_k|\to 0\\\max\limits_{1\leq k\leq n}|\Delta y_k|\to 0\end{cases}.$$ Vì vậy, từ \eqref{s2} ta có $$\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}} f(z) dz=\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}}udx-vdy+i\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}}vdx+udy.$$

Tính chất:

  1.  $\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}}[f(z)+g(z)]dz=\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}}f(z)dz+\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}}g(z)dz$,
  2. $\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}}kf(z)dz=k\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}}f(z)dz$, với $k\in\mathbb R$ là hằng số,
  3. $\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}}f(z)dz=-\int\limits_{\overset{\huge\frown}{BA}}f(z)dz$.

Ví dụ: Tính tích phân $\int\limits_{\overset{\huge\frown}{AB}}z^2dz$ với $A=1+i$ và $B=2+4i$

a) Dọc theo parabol $y=x^2$,

b) Dọc theo đường thẳng nối $A$ và $B$.

Cách 2:

Xét hàm phức $f(z)$ xác định và liên tục trên cung $\gamma$ bất kì trơn từng khúc và có phương trình tham số $z=\gamma(t)$ với $a\leq t\leq b$. Tức là $\gamma: [a,b]\to\mathbb C$ là hàm liên tục. Ở đây $\gamma(t)=x(t)+iy(t)$ với $x, y$ là các hàm 1 biến thực, hơn nữa $\gamma'(t)=x'(t)+iy'(t)$ tồn tại tại các điểm trong $[a,b]$ ngoại trừ tại hữu hạn điểm $t_1,t_2,\cdots,t_n$ và nếu tại các điểm tồn tại đạo hàm thì các đạo hàm đó cũng liên tục.

Đường cong trơn
Đường cong không trơn vì có điểm không khả vi (điểm nhọn)
Đường cong trơn từng khúc (có hữu hạn điểm không khả vi, là các điểm nhọn)

Khi đó ta có $$\int_\gamma f(z)dz=\int_a^bf(z(t))z'(t)dt.$$

Ví dụ: Tính $\int_C\overline{z}dz$ với $C$ là đường cong cho bởi phương trình tham số $x(t)=3t, y(t)=t^2$, trong đó $t\in[-1,4]$.

Tích phân trên đường cong kín

Nếu $\gamma$ là 1 cung kín, ta kí hiệu $\oint\limits_\gamma f(z)dz$ và chiều lấy tích phân trên $\gamma$ là chiều dương.

Hướng dương
Hướng âm

Ví dụ: Tính $\int\limits_C\dfrac{1}{z}dz$ với $C(O;1)$ (đường tròn tâm $O$, bán kính 1).