$$I=\text{Pr} \int_{0}^{\infty} \frac{x^a}{x+b} dx , \quad - 1 < a <0,\quad b<0$$

복소함수 $f(z)= \frac{z^a}{z+b}$를 그림과 같은 contour $\Gamma=C_\epsilon +C_1 + C_2 +C_3 +C_\infty + C_4 +C_5 +C_6$에 대해서 적분할 것이다. $z=0,\infty$이 branch point이므로 branch cut을 $+x$축으로 선택하고, $z=-b>0$가 simple pole이므로 Cauchy principal value을 구하는 문제이다. 주어진 contour에서 analytic 하므로 $\int_{\Gamma} f(z) dz = 0$.

1. $C_\epsilon$:

$$\int_{C_\epsilon} f(z) dz = O( \epsilon^{1+a})\longrightarrow 0.$$

2. $C_1 + C_3$: $z=x e^{i0} ~(x: 0\rightarrow \infty)$,

$$\int_{C_1+C_3} f(z) dz = \text{Pr} \int_0^\infty \frac{(x e^{i0})^a }{x+b} dx = I.$$

3. $C_4 + C_6$: $z= xe^{2\pi i} ~(x:  \infty \rightarrow 0)$,

$$\int_{C_4 +C_6} f(z)dz = \text{Pr}\int_\infty ^ {0} \frac{ (x e^{2\pi i})^a }{x + b} dx =- e^{2\pi ai} I .$$

4. $C_2$: $z= (-b) e^{0i}, ~z+b= \epsilon e^{\theta i}~(\theta:\pi \rightarrow 0)$

$$\int_{C_2} f(z)dz = \int_{\pi}^{0} \frac{ (-be^{0i})^a   }{\epsilon e^{\theta i} } i\epsilon e^{\theta i} d \theta = -i \pi (-b )^a .$$

5. $C_5$: $z=(-b) e^{2\pi i} ,~ z+b = \epsilon e^{\theta i}, ~(\theta: 2\pi \rightarrow \pi)$,

$$\int_{C_5} f(z) dz =\int_{2\pi}^{\pi} \frac{ (-be^{2pi i})^a }{ \epsilon e^{\theta i}} i \epsilon e^{\theta i} d \theta = -i \pi (-b)^a e^{2\pi a i}.$$

6.$C_\infty $:  

$$\int_{C_\infty} f(z) dz= O(R^a) \longrightarrow 0.$$

따라서,

$$\int_{\Gamma} f(z)dz = I (1 - e^{2\pi ai }) - i\pi (-b)^a (1 + e^{2\pi a i}) = 0$$

$$\therefore~ I= \text{Pr}\int_0^\infty \frac{x^a }{x +b} dx = - (-b)^a\pi \cot (\pi a).$$

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branch point $= 0, \infty$

 

 

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복소함수

을 그림과 같은 경로에 대해서 적분을 한다. $f(z)$는 $z=0, 1$이 branch point이므로 그림과 같이 branch cut을 선택한다:

.

$C_1$ 경로에 대해서 

이므로

$C_3$ 경로에 대해서 

이므로

무한대에서 residue 값이 있는데, 

치환을 하면 

이므로

또, $C_2, C_4$에 대해서 

$$ \int f(z) dz = O(\epsilon^{1/3}\epsilon) \rightarrow 0.$$

따라서

 

 

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복소함수

을 그림과 같은 contour에 대해서 적분을 한다. $f(z)$는 $z=0, 1$이 branch point이므로 그림처럼 branch cut을 선택한다. 

 

 

$C_1$에서 

이므로

$C_3$에서 

이므로

그리고, $C_2, C_4$에서 $$\int f(z) = O(\sqrt{\epsilon}) \rightarrow 0$$이므로

 

 

 

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복소함수

을 contour 적분을 이용해서 구하자. $f(z$)의 branch point가 $z=i,-i, \infty$이므로, branch cut은 그림처럼 잡자. 그림과 같은 contour를 선택하여 적분을 하면,

$C_1$에서 

이므로 

$C_3$에서 

이므로

$C_4$에서 

그리고 $C_2$에서

$$\int_{C_2} f(z) dz = O( (\log \epsilon)  \epsilon) \rightarrow 0,$$

$C_\infty$에서는

$$\int_{C_\infty} f(z) dz = O((\log R)/R) \rightarrow 0.$$

따라서

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