给定系统

假设
的根都不在虚轴上,并且令
= 是
的根的实部为负数的个数,
= 是
的根的实部为正数的个数,
因此可得

将
以极座标型式表示,可得

其中
![{\displaystyle \rho (x)={\sqrt {{\mathfrak {Re}}^{2}[f(x)]+{\mathfrak {Im}}^{2}[f(x)]}}\quad (5)}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f3342273646dc0f1235561b387b7af52e776938a)
且
![{\displaystyle \theta (x)=\tan ^{-1}{\big (}{\mathfrak {Im}}[f(x)]/{\mathfrak {Re}}[f(x)]{\big )}\quad (6)}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f7b2086266668256c2065a93ae151bb2aba594d0)
根据(2)会发现

其中

若
的第i个根的实部为正,则(用y=(RE[y],IM[y])的表示法)
![{\displaystyle {\begin{aligned}\theta _{r_{i}}(x){\big |}_{x=-j\infty }&=\angle (x-r_{i}){\big |}_{x=-j\infty }\\&=\angle (0-{\mathfrak {Re}}[r_{i}],-\infty -{\mathfrak {Im}}[r_{i}])\\&=\angle (-|{\mathfrak {Re}}[r_{i}]|,-\infty )\\&=\pi +\lim _{\phi \to \infty }\tan ^{-1}\phi ={\frac {3\pi }{2}}\quad (9)\\\end{aligned}}}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8b5b7395910dafa111cef24840a04b6f678dde27)
且
![{\displaystyle \theta _{r_{i}}(x){\big |}_{x=j0}=\angle (-|{\mathfrak {Re}}[r_{i}]|,0)=\pi -\tan ^{-1}0=\pi \quad (10)}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a8a52bccf4aeb16d032d5a102c1ae9bc8b6bcd1f)
且
![{\displaystyle \theta _{r_{i}}(x){\big |}_{x=j\infty }=\angle (-|{\mathfrak {Re}}[r_{i}]|,\infty )=\pi -\lim _{\phi \to \infty }\tan ^{-1}\phi ={\frac {\pi }{2}}\quad (11)}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/838372f37cf13c3c184a2477039b676104cb7a5f)
同样地,若
的第i个根的实部为负,
![{\displaystyle {\begin{aligned}\theta _{r_{i}}(x){\big |}_{x=-j\infty }&=\angle (x-r_{i}){\big |}_{x=-j\infty }\\&=\angle (0-{\mathfrak {Re}}[r_{i}],-\infty -{\mathfrak {Im}}[r_{i}])\\&=\angle (|{\mathfrak {Re}}[r_{i}]|,-\infty )\\&=0-\lim _{\phi \to \infty }\tan ^{1}\phi =-{\frac {\pi }{2}}\quad (2)\\\end{aligned}}}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/de58d21c449a38a7a60691d0083d7d1d5a467d67)
且
![{\displaystyle \theta _{r_{i}}(x){\big |}_{x=j0}=\angle (|{\mathfrak {Re}}[r_{i}]|,0)=\tan ^{-1}0=0\,\quad (13)}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f0af975bb9b398ec5e8cf3b476787d1db575c52d)
且
![{\displaystyle \theta _{r_{i}}(x){\big |}_{x=j\infty }=\angle (|{\mathfrak {Re}}[r_{i}]|,\infty )=\lim _{\phi \to \infty }\tan ^{-1}\phi ={\frac {\pi }{2}}\,\quad (14)}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ec04aab88fc87619bb9b6771313b6b3e63ccb771)
由(9)至(11)式可知,若
的第i个根实部为正,则
,由(12)至(14)式可知,若
的第i个根实部为负,则
。因此

若定义

则可以得到以下的关系

结合(3)式及(17)式可得
且
因此,给定
次的方程
,只需要计算
,就可以得到根的实部为负的个数
,以及根的实部为正的个数
。
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图1
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相对 的图
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配合(6)式及图1,
相对
的图,将
在区间(a,b)之间变化,其中
,而
,都是
的整数倍,若此变化会使函数
增加
,表示在从点a到点b的过程中,
从
“跳到”
的次数比从
“跳到”
的次数多一次。相反的,此变化会使函数
减少
,表示在从点a到点b的过程中,
从
“跳到”
的次数比从
“跳到”
的次数少一次。
因此,
是
从
跳到
的次数,减掉同函数从
跳到
的次数,两者差的
倍。假设在
处,
有定义
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图2
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相对 的图
|
若起始点是在不连续点(
, i = 0, 1, 2, ...),则因为公式(17)(
和
都是整数,因此
也是整数),其结束点也会在不连续点。此时可以调整指标函数(正跳跃和负跳跃的差值)的计算方式,将正切函数的X轴移动
,也就是在
上加
。此时的指标函数在各种
的系数组合下都有定义,就是在起始点(及结束点)连续的区间(a,b) =
内计算
,再在起始点连续的区间,计算
![{\displaystyle \tan[\theta '(x)]=\tan[\theta +\pi /2]=-\cot[\theta (x)]=-{\mathfrak {Re}}[f(x)]/{\mathfrak {Im}}[f(x)]\quad (19)}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6e718d1233f9c08d6cb4344dae637f97bc9804db)
差值
是
从正跳跃和负跳跃的差值,若计算从
到
所产生的差值,即为相角正切的柯西指标,其相角为
或
,视
是否是
的整数倍而定。