假设 是复平面上的一个单连通开子集, 是复平面上有限个点, 是定义在 的全纯函数。如果 是一条把 包围起来的可求长曲线,但不经过任何一个 ,并且其起点与终点重合,那么:
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如果γ是若尔当曲线,那么I(γ, ak) = 1,因此:
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在这里,Res(f, ak)表示f在点ak的留数,I(γ, ak)表示γ关于点ak的卷绕数。卷绕数是一个整数,它描述了曲线γ绕过点ak的次数。如果γ依逆时针方向绕着ak移动,卷绕数就是一个正数,如果γ根本不绕过ak,卷绕数就是零。
实轴上的积分
以下的积分
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在计算柯西分布的特征函数时会出现,用初等微积分计算并不容易。我们把这个积分表示成一个路径积分的极限,积分路径为沿着实直线从−a到a,然后再依逆时针方向沿着以0为中心的半圆从a到−a。取a为大于1,使得虚数单位i包围在曲线里面。路径积分为:
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由于eitz是一个整函数(没有任何奇点),这个函数仅当分母z2 + 1为零时才具有奇点。由于z2 + 1 = (z + i)(z − i),因此这个函数在z = i或z = −i时具有奇点。这两个点只有一个在路径所包围的区域中。
由于f(z)是
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f(z)在z = i的留数是:
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根据留数定理,我们有:
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路径C可以分为一个“直”的部分和一个曲线弧,使得:
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因此
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如果t > 0,那么当半圆的半径趋于无穷大时,沿半圆路径的积分趋于零:
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上述结果也可以直接由Jordan引理得到[1],要注意这里的半圆弧上积分随半径增长趋于0必须要 才能成立,所以如果 就必须考虑下半平面上的半圆弧。
因此,如果t > 0,那么:
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类似地,如果曲线是绕过−i而不是i,那么可以证明如果t < 0,则
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因此我们有:
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(如果t = 0,这个积分就可以很快用初等方法算出来,它的值为π。)
无穷级数
由于 在 为整数时皆为一阶极点,并且留数皆为 ,因此可以用来计算如下所示级数:
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在此处令 ,并且令 为 的正方形正向(逆时针)围道(其中 为整数),于是依留数定理:
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当 时,等式左侧由于 而趋于零;另一方面:
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其中有伯努利数 。
(实际上有 )因此, ,可以得出:
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即为巴塞尔问题的证明之一。