Dois desenvolvimentos em série de Laurent

Na questão Finding the Laurent series of f(z)=1/((z-1)(z-2)), Freeman perguntou como se determina a série de Laurent da função

f(z)=\dfrac{1}{(z-1)(z-2)}

em R_1=\{z: 1<|z|<2\} e R_2=\{z:|z|>2\}.

Tradução da minha resposta:

A função f(z) pode desenvolver-se em duas fracções parciais

f(z):=\dfrac{1}{(z-1)(z-2)}=\dfrac{1}{z-2}-\dfrac{1}{z-1}.

Vamos desenvolver agora cada fracção numa série geométrica. Em R_{2} estas séries são:

\begin{aligned}\frac{1}{z-2}&=\frac{1}{z\left( 1-2/z\right) }=\frac{1}{z}\sum_{n=0}^{\infty }\left( \frac{2}{z}\right)^{n}\qquad\left\vert  z\right\vert >2\\[2ex]&=\frac{1}{z}\sum_{n=0}^{\infty }2^{n}\frac{1}{z^{n}}=\sum_{n=0}^{\infty}2^{n}\frac{1}{z^{n+1}}\end{aligned}

e

\begin{aligned}\frac{1}{z-1}&=\frac{1}{z\left( 1-1/z\right) } \\[2ex]  &=\frac{1}{z}\sum_{n=0}^{\infty }\left( \frac{1}{z}\right)  ^{n}=\sum_{n=0}^{\infty }\frac{1}{z^{n+1}}\qquad \left\vert z\right\vert >1.  \end{aligned}

Assim, a série de Laurent será

\dfrac{1}{\left( z-1\right) \left( z-2\right) }=\displaystyle\sum_{n=0}^{\infty }\frac{1}{z^{n+1}}(2^{n}-1)\qquad \left\vert z\right\vert >2>1.

E em R_{1} as duas séries geométricas são

\begin{aligned}  \frac{1}{z-2} &=\frac{-1/2}{1-z/2}=\sum_{n=0}^{\infty }\left( -\frac{1}{2}  \right) \left( \frac{z}{2}\right) ^{n}\qquad \left\vert z\right\vert <2 \\[2ex]  &=\sum_{n=0}^{\infty }-\frac{1}{2^{n+1}}z^{n}  \end{aligned}

e

\begin{aligned}  \frac{1}{z-1} &=\frac{1/z}{1-1/z}=\sum_{n=0}^{\infty }\frac{1}{z}\left(  \frac{1}{z}\right) ^{n}\qquad \left\vert z\right\vert >1 \\[2ex]  &=\sum_{n=0}^{\infty }\frac{1}{z^{n+1}}.  \end{aligned}

Obtemos, portanto, a seguinte série de Laurent:

\dfrac{1}{\left( z-1\right) \left( z-2\right) }=\displaystyle\sum_{n=0}^{\infty }\left( -  \dfrac{1}{2^{n+1}}z^{n}-\dfrac{1}{z^{n+1}}\right) \qquad 1<\left\vert  z\right\vert <2.

Sobre Américo Tavares

eng. electrotécnico reformado / retired electrical engineer
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