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Integração Complexa e o Teorema de Cauchy

Integral de linha complexa, estimativa ML, Teorema de Cauchy-Goursat, fórmula integral de Cauchy e suas consequências: derivada de toda ordem, princípio do módulo máximo.

Usado em: engenharia

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Notação rigorosa, derivação completa, hipóteses

Teoria de Cauchy: Fundamentos

Prova do Teorema de Cauchy-Goursat

Versão para triângulo (Goursat, 1900). Seja ff holomorfa em aberto Ω\Omega contendo o triângulo TT. Então ∮∂Tf dz=0\oint_{\partial T} f\,dz = 0.

Prova (por subdivisão): Subdivida TT em 4 triângulos congruentes T(1),…,T(4)T^{(1)},\ldots,T^{(4)}. As contribuições dos segmentos interiores se cancelam; pela desigualdade triangular:

∣∮∂Tf∣≤4max⁡k∣∮∂T(k)f∣\left|\oint_{\partial T}f\right| \leq 4\max_k\left|\oint_{\partial T^{(k)}}f\right|

Iterando (TnT_n = melhor triângulo na nn-ésima subdivisão):

  • diam(Tn)=2−ndiam(T)\text{diam}(T_n) = 2^{-n}\text{diam}(T), perim(Tn)=2−nperim(T)\text{perim}(T_n) = 2^{-n}\text{perim}(T)
  • ⋂nTn={z0}\bigcap_n T_n = \{z_0\}; como ff é diferenciável em z0z_0: f(z)=f(z0)+f′(z0)(z−z0)+ε(z)(z−z0)f(z) = f(z_0)+f'(z_0)(z-z_0)+\varepsilon(z)(z-z_0) com ε(z)→0\varepsilon(z)\to 0.
  • ∮∂Tnf dz=∮∂Tnε(z)(z−z0) dz\oint_{\partial T_n}f\,dz = \oint_{\partial T_n}\varepsilon(z)(z-z_0)\,dz (pois ∮(c+az)dz=0\oint(c+az)dz=0).
  • ∣∮∂Tf∣≤4n⋅max⁡∣ε∣⋅diam(Tn)⋅perim(Tn)→0\left|\oint_{\partial T}f\right| \leq 4^n \cdot \max|\varepsilon| \cdot \text{diam}(T_n) \cdot \text{perim}(T_n) \to 0.

Fórmula de Cauchy: Prova

Para ε\varepsilon pequeno, aplique Cauchy a g(z)=f(z)/(z−z0)g(z) = f(z)/(z-z_0) no anel {ε<∣z−z0∣<r}\{\varepsilon < |z-z_0| < r\}:

∮∣z−z0∣=rf(z)z−z0 dz=∮∣z−z0∣=εf(z)z−z0 dz\oint_{|z-z_0|=r}\frac{f(z)}{z-z_0}\,dz = \oint_{|z-z_0|=\varepsilon}\frac{f(z)}{z-z_0}\,dz

No segundo membro, por continuidade de ff em z0z_0 e estimativa ML:

∮∣z−z0∣=εf(z)−f(z0)z−z0 dz→0\oint_{|z-z_0|=\varepsilon}\frac{f(z)-f(z_0)}{z-z_0}\,dz \to 0

enquanto f(z0)∮∣z−z0∣=εdzz−z0=2πif(z0)f(z_0)\oint_{|z-z_0|=\varepsilon}\frac{dz}{z-z_0} = 2\pi i f(z_0). □\square

Para continuar

Atualizado em 2026-05-28 · Autor(es): Clube da Matemática

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