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幅角定理

幅角定理,也稱為幅角原理,是複變函數理論中的一個基本概念,它描述了在一個複平面內,沿著一個簡單閉曲線積分複函數的幅角變化與該函式在該區域內零點和極點之間的關係。

具體來說,如果有一個複變函數( f(z) )在某個區域內除了有限個極點外是解析的,並且沿著某個簡單閉曲線( \Gamma )解析且不為零,那麼( f(z) )在( \Gamma )內部零點與極點個數之差等於( z )沿( \Gamma )正向繞行一周時,( \arg f(z) )(即( f(z) )的幅角)的改變數( \Delta \arg f(z) )除以( 2\pi )。這個改變數也可以表示為( N(f,\Gamma) - P(f,\Gamma) ),其中( N(f,\Gamma) )和( P(f,\Gamma) )分別表示( f(z) )在( \Gamma )內部的零點和極點個數。

幅角原理在控制系統穩定性分析中有著重要的套用。在這種情況下,系統的開環傳遞函式( G(s)H(s) )被視為複平面上的一個輔助函式,其零點和極點被用來判斷系統的穩定性。如果所有輔助函式的零點都具有負實部,即位於複平面的左半部分,則系統被認為是穩定的。

幅角原理不僅是一個數學概念,它還提供了控制系統分析的重要工具,特別是在確定系統穩定性的奈氏判據中發揮著基礎性的作用。