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【高等数学】周期函数的Fourier级数

本文,介绍函数f(x)的Fourier级数。其中,f(x)是一个周期为2π的函数,在区间[-π,π]上的解析式是abs(x)。
工具/原料
1

电脑

2

网络画板(排版和作图)

方法/步骤
1

f的解析式,可以全面写为:abs((x+pi) % (2 * pi) - pi)用网络画板作图如下。

2

f的Fourier级数,可以写为如下的形式。

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级数式中的每一项,都以2π为周期,所以可以在区间[-π,π]之间考察这个级数。

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通过积分可以算出所有的系数。

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先计算系数a_n,注意f(x)*cos(kx)对于任意整数k都是偶函数,所以有如下的化归。

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具体的计算出a_n。

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注意|x|*sin(kx)对于任意整数k都是奇函数,因此在区间[-π,π]的积分等于0,因此,b_n项都是0。因此,级数可以写为:

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得到了这个等式,如果令x=0,就得到一个常数级数。

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进一步,可以推导出另一个级数。设t=1+1/2^2+1/3^2+……,通过上式可以算出t的取值。

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