第四章 解析函数的幂级数表示法（一）1.解:(1)其部分和数列 14151311()414121(4--++-++++-=n i n S n由交错级数收敛性判别及极限运算法则知n n S 4lim ∞→存在,设为l S n n =∞→4lim ,又有,0241,0142414→+-=→+=++n a n i a n n由此得知l S n n =∞→lim ,因此级数收敛,但非绝对收敛.(2)∑∑∑∞=∞=∞=≤=+111!)34(!1!)53(n nn nn n n bn n i ,可知原级数绝对收敛.(3)由于1226251251limlim>=+=+=∞→∞→i i a nnn nn n ,故原级数发散.2.解:(1)11limlim1=+==∞→+∞→n n c c R n n n n(2)212lim lim 1=+==∞→+∞→n nc c R n n n n(3)01lim lim1==∞→∞→nc R n nnn3.证明:(1)如果∞≠=+∞→λnn n c c 1lim,则∞≠=+∞→λnn n c c 1lim,则级数的收敛半径为⎪⎩⎪⎨⎧∞+==+∞→n n n c cR 1lim 1λ 00=≠λλ(2)由(1)可证其收敛半径为R .(3)由(1)可证其收敛半径为R .4.证明:因为∑∑∞=∞==n nn n n n Rc zc 收敛,而当R z ≤时, ∑∑∞=∞=≤n nn n nn Rc zc ,因此级数在R z ≤上绝对收敛且一致收敛. 5.解:(1)因为1<u 时,∑∞=-=+0)1(11n nnuu,所以当1<z ba 时,有∑∞=-=+=+0)()1(1)1(11n nnz ba bz b a b baz(2)因为∑∞=+∞<=,!n nz z n ze ,而 2ze在z 平面解析,所以∑∞=+∞<=2)(,!2n nzz n ze逐项积分得 )()12(!00122+∞<+=⎰∑∞=+z n n zdz e zn n z(3)因为∑∑∞=∞=++-=+-=2012)!12()1()!12()1(1sin n nnn n nn zn zzzz如果1sin lim=→zz z ,则0=z 为可去奇点,可补充定义被积函数1)0(=f ,于是上式收敛范围为+∞<z ,合于逐项积分条件,所以 ⎰⎰∑∑∞=∞=++∞<++-=+-=zzn n n nn nz i n n zdz n zdz zz 0000122)()!2)(12()1()!12()1(sin(4))()!2()2()1(21)!2()2()1(212122cos 1sin 02122+∞<-=--=-=∑∑∞=-∞=z n z n z zz n nn n nn(5)因为2()()(1),(0)(1)!n f z z f n -=-=+从而()(1),(||1)nn of z n zz ∞==+<∑6.解:因为23451 (2)624120zz zzzze =++++++2345ln(1) (2)345z z zzzz+=-+-++所以23453452ln(1)()()2345234zz z zzzzzzze z +=-+-++-+-++ 345455()()...24661224z z z z z z -++-++523...(1)23403z z z z z =++++<7.解:(1) sin sin[(1)1]sin(1)cos1cos(1)sin 1z z z z =-+=-+-=212(1)(1)cos1(1)sin (1)(21)!(2)!n nn n n z z n n ∞∞+==---+-+∑∑=01sin(1)(1),|1|!2kk k z z k π∞=+--<+∞∑(2)21112111-+⋅-=+-z z z z ,再由公式)1()1(110<-=+∑∞=z zzn nn(3)22)21(11]1)1[(4152-++-=+-z z z z z ,结合)1()1(11022<-=+∑∞=z zzn nn(4)由于3z 的支点为∞,0,沿负实轴)0,(-∞割开平面,则指定分支就在11<-z内单值解析, 3133)]1(1[1-+⋅=z z ,再利用二项式展开.8.解:(1)∑∑∞=∞=-=-=-01)1(24222!)1!()1(2n n n n zn zzn zz ez ,故为4级零点.(2)∑∞=+-++⋅-=-+16312633)6()12()1(6)6(sin 6n nn nz z n zz z z)!7!51(6615+-=zz故为15级零点.9.证明:因为0z 为)(z f 的m 阶零点+-+-=++1010)()()(m m m m z z a z z a z f 又因为0z 为)(z g 的n 阶零点,+-+-=++1010)()()(n n n b z z b z z b z g 如果n m >,则])([)()()(010 +-+-=++z z b b z z z g z f n n n 故0z 为)()(z g z f +的n 阶零点.如果m n >,同理可得0z 为)()(z g z f +的m 阶零点.如果n m =,当0≠+m m b a 时, 0z 为)()(z g z f +的m 阶零点; 当0=+m m b a 时,零点0z 的阶数大于n .+-++-=+++++10110))(()()()(n m n m n m n m n m z z b a b a z z b a z g z f 故0z 为)()(z g z f 的n m +阶零点.+-++-+-=++-)()()()()(01010z z a a z z b b z z z f z g m m n n mn由此可见如果m n >,则0z 为)(/)(z g z f 的m n -阶零点, 如果n m >,则0z 为)(/)(z g z f 的n m -阶零点, 如果n m =,则0z 为)(/)(z g z f 的可去奇点.10.证明:利用定理4.17,因0z 为解析函数)(z f 的至少n 级零点,则有 n m z g z z z f m ≥-=)()()(0 其中0!)()(0)(0≠=m z fz g m .同理 )()()(00z z z z nϕϕ-=,其中0!)()(00≠=n z z nϕϕ,则本题得证.11.解:(1)不存在 (2)不存在 (3)不存在 (4)存在12.证明:因为)(z f 在0z 点解析,由泰勒定理),:()(!)()(0000)(D K R z z K z z z n z fz f nn n ⊂<-∈-=∑∞=再由题设 ,2,1,0)(0)(==n z fn ,则)(),()(0D K z z f z f ⊂∈=由唯一性定理得 )(),()(0D z z f z f ∈≡.13.证明:(反证法)假设)(0z f 是)(z f 在D 内的最小值,因0)(0≠z f ,则)(10z f是)(1z f 在D 内的最大值, )(z f 为解析函数,由最大模原理,)(1z f 在D 内恒为常数,与题设矛盾,故)(0z f 不可能是)(z f 在D 内的最小值.14.证明:(反证法)设)(z f 在D 内处处不为零,则由最小,最大模原理,在D 内)(z f 既不能达到最小值,也不能达到最大值.而题设)(z f 在闭域D 上连续,故)(z f 在闭域D 上有最大值M 和最小值m ,而由上所述,这些都只能在边界C 上达到,但题设)(z f 在C 上为常数,故 C z mz f M ∈==)(再由最大,最小模原理,D z m M z f m ∈=<<)(,即D z mz f ∈=)(由上, )(z f 在闭域D 上恒为常数,由第二章习题(一)6(3)知, )(z f 在D 内必为常数,矛盾.(二)1.证明:由于级数∑∞=1)(n n z f 收敛于)(z f ,故)(,0εεN ∃>∀,当N n >及一切E z ∈,有Mz f z s n ε<-)()(.由题设)(,)(+∞<<M M z g 推得ε<-)()()()(z g z f z g z s n 故得证.2.证明:该级数的部分和n n n n z z z z z z z s =-++-+=-)()()(12 显然,对任何)1(<z z ,有0)(lim =∞→z s n n .另一方面,对于任何固定的n ,取121<=nz ,有21=nz,因而nz 不可能任意小,这就证得级数在圆1<z 内非一致收敛.3.证明:(1) n n n v v v v v +≤+++=121σ,两边取极限 ++≤=∞→n n n v v 1lim σδ(2) 1!!2!!2122-=++++≤++++=-znnzen zzz n zzz e)!!21(!!2112++++≤++++=--n zz z n zzz en nzznez n zz z =++++≤)!1( (3)因为在0||1z <<内任意一点z ，11!nzn n z e ∞=-=∑ 所以3213|1|||||2213||||zz z z z e -≤++-≤117||(1)||244z z ++=另一方面：321||||13|1|||||||||2224413zzzz z e z z z z -≥+-≥--=-4.证明:由柯西不等式||,n nMa ρ≤当||z ρ<时，01|||()|||||,||n n z f z a a z Mz ρ∞=-≤≤-∑因此 |()f z |0000|()||||()|f z a a a f z a =-+≥--000000||||||||||||||||a a Mz a Ma Ma z a Mρρρρ+≥->---+=0||a -0||a =0故()f z 在00||||||a z a Mρ<+上无零点.5.证明：因为2201()2i f re d πθθπ⎰=201()()2i i f re f re d πθθθπ⋅⎰=201()()2nin nin n n n n a r ea r ed πθθθπ∞∞-==⋅∑∑⎰对任意自然数,m k 若m k ≠，则20ik im eed πθθθ-⋅⎰=2()()021|()i k m i k m d k m ieeπθθπθ--==-⎰因此，根据逐项可积公式即得：222222011222|||()|||nni n i d d n n f r r ra e a ππθθθππ∞===∑⎰⎰6.证明：取,r R >则对一切正整数k n >时，()1||!()!|(0)|||||2nk k kz rk f z k M r fdz zrπ+=≤≤⎰于是由r 的任意性知对一切k n >均有()(0)k f =0故()f z 0nnnk c z ==∑,即()f z 是一个至多n 次的多项式或常数.7.证明:(1)设0z 是)(z f 的m 阶零点,于是在0z 的某邻域K 内)0()()()(1010≠+-+-=++m m m mm c z z c z z c z f取)0(,δδδ<'<',于是在区域),(0δ''z N 内)0()()()(1010≠+-+-=++m m m mm c z z c z z c z f一致收敛,逐项积分可得ζζζζζd z c z c d f zz zz m m mm ])()([)(001010 +-+-=⎰⎰++⎰⎰+-+-=++zz m m zz mm d z c d z c 01010)()(ζζζζ+-++-+=+++20110)(2)(1m m m m z z m c z z m c令 +-++-+=+++20110)(2)(1)(m m m m z z m c z z m c z F故0z 是)(z F 的1+m 阶零点. (2)设⎰=zz d f z 1)()(ζζϕ,作函数⎰-=zz d f z z F 1)()()(ζζϕ,则⎰⎰⎰=-=zz z z zz d f d f d f z F 011)()()()(ζζζζζζ由(1)知0z 是)(z F 的1+m 阶零点,故 ⎰-01z )( )(z d f z ζζϕ以0z 为1+m 阶零点.8.证明:设),(),()(1y x iv y x u z f += )0,()0,()(2x iv x u z f +=依唯一性定理,在L 上有)()(1z f z f =,而L 每一点都是L 的极限点,而且)(),(,21z f z f G L ⊂都在G 内解析,由唯一性定理有)()(21z f z f =.9.证明:(反证法)设存在这样的周线C ,D C I ⊂)(,且有一复数A ,使得A z f =)(,在C 内部)(C I 有无穷多个根,即0)(=-A z f 在C 内部)(C I 有无穷多个零点,必存在零点列{}D z z n ∈→0,从而由唯一性定理,)()(D z A z f ∈≡,与题设矛盾.10.证明:由最大模原理)(max )(z f r M rz <=,显然)(r M 是单调上升函数,若存在21r r <,使得)()(21r M r M =,即在2r z <内存在点θi e r z 11=使得)()(21r M z f =,即在内点达到最大模,由最大模原理知)(z f 恒为常数.。
