유수 (留數)란 주로 복소해석학 에서 통용되는 개념으로서, 어떤 함수
f
{\displaystyle f}
의
z
0
{\displaystyle z_{0}}
을 중심으로 하고 그 정의역 내의 어떤 환영역 에 대해 로랑 급수 전개가 주어졌다고 가정할 때 그 주부분의 첫 번째 항, 즉
b
1
{\displaystyle b_{1}}
항을 일컫는다. 보통 표기할 때
Res
{\displaystyle \operatorname {Res} }
라 쓰는데, 이것을 다음과 같이 환영역의 내부에서 임의의 양의 방향 단순 닫힌 경로
C
{\displaystyle C}
에 대한 적분으로 정리할 수 있다:
Res
(
f
,
z
0
)
=
b
1
=
1
2
π
i
∮
C
f
(
z
)
d
z
{\displaystyle \operatorname {Res} (f,z_{0})=b_{1}={\frac {1}{2\pi i}}\oint \limits _{C}{f(z)}dz}
환영역의 중심인
z
0
{\displaystyle z_{0}}
가 고립특이점 일 때가 수학적으로 주요한 관심사가 된다. 고립특이점의 정의에 따르면, 세 가지 경우(
z
0
{\displaystyle z_{0}}
가 제거가능, 극, 진성인 경우)가 있는데, 다음과 같은 두 가지 상황에서는 유수 계산이 비교적 쉽다:
만약
z
0
{\displaystyle z_{0}}
가 제거가능 특이점 이라면, 유수는 정의에 따라
0
{\displaystyle 0}
이다.
만약
z
0
{\displaystyle z_{0}}
가 위수가
n
{\displaystyle n}
인 극 이라면, 함수
g
(
z
)
=
(
z
−
z
0
)
n
f
(
z
)
(
z
≠
z
0
)
;
=
b
n
(
z
=
z
0
)
{\displaystyle g(z)=(z-z_{0})^{n}f(z)(z\neq z_{0});=b_{n}(z=z_{0})}
을 이용하여, 유수는 다음 식으로 결정될 수 있다 :
Res
(
f
,
z
0
)
=
g
(
n
−
1
)
(
z
)
(
n
−
1
)
!
{\displaystyle \operatorname {Res} (f,z_{0})={\frac {g^{(n-1)}(z)}{(n-1)!}}}
그러나, 만약
z
0
{\displaystyle z_{0}}
이 진성특이점 이라면, 유수는 각각의 경우마다 달리 계산해야 한다.
유수의 정의를 확장하여, 무한대 의 경우에도 적용시킬 수 있다. 고립특이점이
n
{\displaystyle n}
개 존재하는 함수
f
(
z
)
{\displaystyle f(z)}
의 로랑 급수에 약간의 대수적 조작을 가하여, 이것을 함수
1
z
2
f
(
1
z
)
{\displaystyle {\frac {1}{z^{2}}}f\left({\frac {1}{z}}\right)}
에 관한 로랑 급수와 연관시킬 수 있기 때문이다. 이 함수의
z
=
0
{\displaystyle z=0}
에서의 유수에 대하여 모든 고립특이점을 밖에서 감싸는 임의의 단순 닫힌 경로
C
{\displaystyle C}
를 생각하면 다음과 같은 식이 성립한다.
Res
(
1
z
2
f
(
1
z
)
,
0
)
=
1
2
π
i
∮
C
f
(
z
)
d
z
{\displaystyle \operatorname {Res} \left({\frac {1}{z^{2}}}f\left({\frac {1}{z}}\right),0\right)={\frac {1}{2\pi i}}\oint \limits _{C}{f(z)}dz}
이 때 경로
C
{\displaystyle C}
안쪽에서 역시 모든 고립특이점을 밖에서 감싸는 반지름
R
{\displaystyle R}
인 원 을 그릴 수 있다면, 이것은,
1
z
2
f
(
1
z
)
{\displaystyle {\frac {1}{z^{2}}}f\left({\frac {1}{z}}\right)}
을
0
<
|
z
|
<
1
R
{\displaystyle 0<|z|<{\frac {1}{R}}}
에서 로랑 급수로 전개했을 때의
b
1
{\displaystyle b_{1}}
항이라고 할 수 있다. 이것을 무한대에서
f
(
z
)
{\displaystyle f(z)}
의 유수 로 정의한다. 이것을 이용하면 유수 정리 를,
∑
k
=
1
n
Res
(
f
(
z
)
,
z
k
)
Res
(
f
(
z
)
,
∞
)
=
0
{\displaystyle \sum _{k=1}^{n}{\operatorname {Res} (f(z),z_{k})} \operatorname {Res} (f(z),\infty )=0}
와 같이 간략하게 쓸 수 있다.
고석구, 『복소해석학개론(2판)』, 경문사, 2005