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u當(dāng)o非正弦周期函數(shù):矩形波u(t) 當(dāng)u當(dāng)o0tt不同頻率正弦波逐sint,1sin3t,1sin5t,1sin7t, u4sinu4(sint1sin3t u4(sint1sin3t1sin5t u4(sint1sin3t1sin5t1sin7t u4(sint1sin3t1sin5t1sin7t1sin9t u(t)4(sint1sin3t1sin5t1sin7tL
(7t,t二、三角級(jí)數(shù)三角函數(shù)系的正三角f(t)A0Ansin(ntn A0(AnsinncosntAncosnsinnt
A
Asin,
Acos
t
aa0
(ancosnxbnsin
三角級(jí)三角函數(shù)系1,cosx,sinx,cos2x,sin2xLcosnx,sinnx任意兩個(gè)不同函數(shù)在[,]上的積分等于零cosnxdx1dsinnx 1sinnxdx n
m
m mcosmxcosnxdx
msinmxcosnxdx (其中mn1,2,L)cosmxcosnx1[cos(mn)xcos(mn) mncosmxcosnxdx2[cos(mnxcos(mn1sin(mn)
sin(mn)x2
m m
(m,n1,2,3L,km
cosmxcosnxdx
cos
時(shí) 1cos2mxdx120 cosmxcosnxdxmsinmxsinnx1[cos(mn)xcos(mn)m,sinmxcosnx [sin(mn)xsin(mn)212aa02
(ancosnxbnsin
三角三、函數(shù)展開 級(jí)問題:1.若能展開,ai,bi是什么 2.展開的條件是什么若有fx2
(akcoskxbksin求a0
kf(x)dx
a0dx
bsin
k
cos 0dx
coskxdx
sinkxdx
0
k1a01
f(
k
fxfxa02k coskxbsinkk f(x)cosnxdx2
cos coskxcosnxdx sinkxcos
k k
nxdx
1cos2nxdxan
n f(x)cos
(n1,2,3,L) fxfxa02k coskxbsinkk
f(x)sinnxdx2
sin [akcoskxsinnxdxbksinkxsin
sin
nxdx
(1cos2nx)dxb(2 bn n 11bn f(x)sin
(n1,2,3,L)傅里
f(x)cos
(n0,1,2,L)
f(x)sin
(n1,2,L)
系
f(x)cos
(n0,1,2,L) f(x)sin
(n1,2,L)
f(x)cos (n0,1,2,L) 2f(x)sin
(n1,2,L)
(acosnxbsin級(jí) 問題
fx)條件?a02
(ancosnxbnsin
aa02
(ancosnxbnsin 級(jí)雷(Dirichlet)充分條件(收斂定至多只有有限個(gè)極值點(diǎn),則f(x)的 當(dāng)xfx)的連續(xù)點(diǎn)時(shí),級(jí)數(shù)收斂于fx);當(dāng)xfx)fx0fx0);2當(dāng)x為端點(diǎn)xf(0f(0).2回憶:判斷一個(gè)函數(shù)能展成泰勒級(jí)數(shù)定理2 f(x)在點(diǎn)x0的泰勒級(jí)數(shù),在U(x0)內(nèi)收斂于f(x)在U(x0)內(nèi)limRn(x)0.n
fx)Ux0M0x(
R,
R),恒
f(n)(
M(n0,1,2,L)fx)在x0Rx0R)內(nèi)可展開成點(diǎn)x0注意:函數(shù)展開成 a0
(a cosnxbsin
u1以2uu(t)Em 0t
t
將其展開
解所給函數(shù)滿 雷充分條件在點(diǎn)xk(k0,1,2,L)處不連續(xù)收斂于
EmEm(Em) 2
(ancosnxbnsin當(dāng)xk時(shí),收斂于f( 和函數(shù)圖象u u(t)cos011 011(Em)cosntdt
1 1 cosntdt
cosntdt
(n0,1,2,L) u(t)sin
( )sinntdt
sin
2Em(1cosn)2Em[1(1)n
n2k1,k1,2,L
(2k
n2k,k1,2,L(t)
4Em sin(2nn1(2n(t;t0,,2,L
aa級(jí) 0
(ancosnxbnsin
f(x)cos
(n0,1,2,L) f(x)sin (n1,2,L) 注意作法
對(duì)于非周期函數(shù),如果函fx)只在周期延拓(T F(x)f( (,端點(diǎn)處收斂于1[f(0f(2函數(shù)的周期性若f(x)在[-ππ上有定義,則f(x可以開拓成f(x+2nπ)=f(x) -π≤x≤π.aa)當(dāng)f(0)f(0)時(shí)就有f(+0)ff(+0f(-0)故在x,處以x(2k1)都是如此開拓周期函 y
b)b)當(dāng)f(0)f(0)時(shí)則開拓的周期函數(shù)f(x)連續(xù)。y o1)先進(jìn)行周期延拓(T2)構(gòu)成F2)再將F(x)限制在(,)內(nèi),此時(shí)F(x) f(端點(diǎn)處收斂于1[f(0f(22fx)
x
0x解所給函數(shù)滿足 拓廣的周期函數(shù)的 氏級(jí)數(shù)展開式在[,收斂于fx f(x)
x
2a0 (acosnxbsin2a 0x
f(x)dx 0xdx
f(x)cosnxdx
0(x)cosnxdx
xcos0 0
(x)dsinnx1
xdsin 1[xsin
0sinnxdx]
[xsinnx
sin00 (cosn0
n2k1,k1,2,L(2k1)2 2[(1)n
n2k,k1,2,
f(x)dx
f(x)
x
0x f(x)sinnxdx 0xsinnxdx xsinnxdx 1an1
f(x)cosnxdx
(2k1)2
n2k1,k1,2,
n2k,k1,2,L所求函數(shù)的傅氏展f(x)
(2n
cos(2n1)
(x當(dāng)x0時(shí),f(0
28
111 利用傅氏展開式求設(shè)1111L
1
111L
2), 111L 1111L
2
22 26
一、奇函數(shù)和偶函數(shù) 級(jí) 定理(1)當(dāng)周期為2的奇函數(shù)f(x)展開 anb
f(x)sin
(n0,1,2,L)(n1,2,L) (2)當(dāng)周期為2的偶函數(shù)f(x)展開 里葉級(jí)
f(x)cos (n0,1,2,L) bn (n1,2,L)(1設(shè)fx)是奇函數(shù)1an1
f(x)cosnxdx奇函
(n0,1,2,3,L)1bn1
f(x)sinnxdx0偶函 0
f(x)sinnxdx(n1,2,3,L)同理可證
定理證畢f(xié)x)為奇函數(shù),傅氏級(jí)數(shù)bnsin fx)a0
ancos稱為例1fx)是周期為2的周期函數(shù)它在[)fxx,fx展開成解所給函數(shù)滿足雷充分條件因?yàn)閒(0f(0)故在x(2k1)(k0,1,2,L)處不連續(xù)收斂于f(0f(0)() 在連續(xù)點(diǎn)xx(2k1))處收斂于fx),Qx(2k1)fx)是以2為周期的奇函數(shù)y圖象
f(x)cosnxdx20bn20
f(x)sin
2xsin00
(n0,1,2,L) f(x) (ancosnxbnsin 220bn f(x)sinnxdx0
2xsin00 xcosnx
xcos
sinnx
n0n
cosnxdx]
2cosn2(1)n1 (n1,2,L)n
f(x)cosnxdxf(x)2(sinx1sin2x1sin3xL
n
sinnx.(x;x,3,L)y2(sinx1sin2x1sin3x1sin4x1sin5x) yy2將周期函數(shù)u(t其中E是正常數(shù).
Esin
展 氏級(jí)數(shù)解所給函數(shù)滿 數(shù)軸上連續(xù)Qu(t)為偶函數(shù)bn(n1,2,L)
E a u(t)dt2Esintdt4E 2將周期函數(shù)u(t其中E是正常數(shù).
Esin
展 氏級(jí)數(shù)an
2u(t)cos 00
2Esintcos00E0[sin(n1)tsin(nEEcos(n1)tcos(n1)t
n n
(n
當(dāng)n2k[(2k)21]
(k1,2,L)
當(dāng)n2ka
u(t)dt
a1
2u(t)costdt00
2Esintcostdt00an
2u(t)cos00
當(dāng)n2k[(2k)21]
當(dāng)n2ku(t) 0a1costa2cos2ta3cos3ta4cos4t2u(t)4E(11cos2t1cos4t1cos6tL 2E[1
(x) n14n2二、函數(shù)展開成正弦級(jí)數(shù)或余弦非周期函數(shù)的周期性設(shè)fx)定義在[0]上延拓成以2為周期的函數(shù)Fx).f 0x 且Fx2FFx
g( x則有如下兩種
奇延偶延拓奇延拓 g(x)f((則Fxf(
0xxx
fx)的傅氏正弦f(x)bnsin (0x偶延拓 g(x)f(0x 則Fxf f
0xxfx)的傅氏f(x)a02
ancos
(0x3fx)x10x)分別展開成解(1)求正弦級(jí)數(shù) 對(duì)f(x)進(jìn)行奇延拓2bn2
f(x)sinnxdx
2(x1)sin0000 2xcosnxn
sinn
cosn
2(1cosncosn)
2 2
當(dāng)n1,3,5,L當(dāng)n2,4,6,L x12[(2)sinxsin2x1(2)sin3xsin4x1(2)sin5 fxx10x
(0xx0處級(jí)數(shù)和為0,不代表原函
f(4 值(2)求余弦級(jí)數(shù) 對(duì)f(x)進(jìn)行偶延拓a (x1)dx
2xsin
cos
sinnxan0(x1)cosnxdx
4 (cosn1) 4
當(dāng)n2,4,6,Ln2
n2
當(dāng)n1,3,5,Lx1
14(cosx1cos3x1cos5xL
(0x基本概系;雷分條件傅氏級(jí)數(shù)的意義——整體傅氏展1、正弦和余弦級(jí)數(shù)的基本內(nèi)容2、注意幾個(gè)問題不是只有周期函數(shù)才能 氏級(jí)數(shù)在[0,]上,展成周期
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