§ 1. Teoria elementarna
585
Utwórzmy teraz całki iterowane
Jt 2IX
O O
Z2 U Sr ze
de
h
O O
dr,
gdzie /{jest stałą dodatnią, której wartość określimy niżej.
Gdyby funkcja P2+Q2 nigdy nie była równa zeru, to funkcja podcałkowa w tych całkach byłaby ciągła i zgodnie z twierdzeniem 4 musiałoby być I2 = I2. Pokażemy, że przy dostatecznie dużym R równość taka nie może być prawdziwa; będzie stąd wynikało, że w jakimś punkcie koła o promieniu R i środku w początku układu funkcja P2+Q2 musi być równa zeru. Twierdzenie będzie tym samym udowodnio-
Obłiczając całkę wewnętrzną dla /, otrzymujemy
J
Z2 U
Zr ze
d0 =
zu
Zr
e-2K
9-0
bo pochodna -, jak widać od razu, jest funkcją zmiennej 6 o okresie 2tc. Wynika stąd, że /, = 0.
Br
Zajmijmy się teraz całką I2. Mamy tu
/
r-«
r-0
Musimy teraz rozpatrzyć te wyrazy z licznika i mianownika ułamka przedstawiającego pochodną ZU/ ZO, w których występują najwyższe potęgi r.
Ponieważ
~W
nr’ cos n0+
więc
ZP
ze
Q
-nr2n+ ...
P1 + Q*=r 2"+ ..
Z drugiej strony, Ostatecznie otrzymujemy
ZU _ -nr2’+ ...
ze r2"-+ ...
Wyrazy nie napisane zawierają niższe potęgi r, przy których współczynnikami są ograniczone funkcje zmiennej 0. Wobec tego
lim
f-» CO
—n
i przy tym zbieżność jest jednostajna względem 0.
$ £/ &P
Dla r = 0 jest —= 0, bo w tym przypadku -rir = = 0. Tym samym wewnętrzna całka
CU OU CU
BU
w I2 jest równa wartości przy r — R. Ale, jeżeli R -*■ oo, to wartość ta dąży, jak wiemy, do —n i to ZO
jednostajnie względem 0. Na podstawie twierdzenia 1 jest zatem
lim 7, = —2nn .
K -»x
Dla dostatecznie dużych R całka I2 jest więc ujemna i równość I2 = I2 nie może być prawdziwa.