- •Содержание
- •Пояснительная записка
- •1. Кратные интегралы
- •1.1. Двойные интегралы Основные свойства двойного интеграла
- •Вычисление двойного интеграла
- •2. Элементы теории поля
- •Замена переменных в двойном интеграле. Двойной интеграл в полярных координатах
- •1.2. Тройные интегралы
- •Вычисление тройного интеграла
- •Тройной интеграл в цилиндрических координатах
- •3. Ряды
- •Ряды с положительными членами
- •Знакопеременные ряды
- •Степенные ряды
- •Ряды Фурье
- •Ряды Фурье с периодом
- •4. Теория функций комплексного переменного. Операционное исчисление
- •4.1. Комплексные числа
- •Множества на комплексной плоскости
- •4.2. Функции комплексного переменного
- •4.3. Операционное исчисление
- •Применение операционного исчисления к решению дифференциальных уравнений
- •Контрольная работа №7. «Кратные интегралы»
- •Контрольная работа №8. «Элементы теории поля»
- •Контрольная работа №9. «Ряды»
- •Контрольная работа №10. «Функции комплексного переменного. Операционное исчисление»
- •Список литературы
Ряды Фурье с периодом
Как
уже было отмечено, сумма ряда Фурье с
периодом
является периодической функцией с
периодом
.
Поэтому функции с периодом
естественно раскладывать в ряд Фурье
с периодом
.
Аналогично функции с периодом
(
)естественно
раскладывать в тригонометрический ряд
,
члены
которого являются периодическими
функциями с периодом
(тригонометрический
ряд с периодом
).
С помощью замены
отрезок
преобразуется в отрезок
,
а указанный ряд сводится к тригонометрическому
ряду с периодом
.
Поэтому для него справедливы аналоги
теорем (3.7), (3.8), (3.9), при этом роль отрезка
играет отрезок
.
Соответственно для функции
,
интегрируемой на отрезке
,рядом
Фурье с периодом
называется тригонометрический ряд с
периодом
,
коэффициенты которого определяются
формулами
|
|
(3.8) |
Если
- четная функция, то формулы (3.8) принимают
вид
|
|
(3.9) |
Если
- нечетная функция, то формулы (3.8)
принимают вид
|
|
(3.10) |
Пример
3.8. Разложить
функцию
,
заданную на отрезке
,
в ряд Фурье: 1) по синусам; 2) по косинусам;
3) получить одно из разложений общего
вида. Для каждого случая построить
графики периодического продолжения
функции
и суммы ряда Фурье.
Решение.
1)
для
того, чтобы получить разложение
функции
по синусам на
,
продолжим сначала функцию
на полуинтервал
нечетным образом:

|
рис. 3.1 |
Тогда
периодическое продолжение
Функция
|
по
теореме Дирихле функция
раскладывается
в каждой точке непрерывности на отрезке
,
а по периодичности и на всей числовой
оси, в сходящийся к ней ряд Фурье, причем
сумма ряда Фурье
определена
на всей числовой оси, является периодической
с периодом
(так же, как и функция
),
и на отрезке длины периода
удовлетворяет условиям:
,
,
следовательно,
,
;
;
.
Найдем
коэффициенты Фурье по формулам (3.10):
,
;
![]()
![]()
.
Таким образом,
.
График
суммы ряда Фурье
изображен
на рис. 3.2.
|
|
|
|
рис. 3.2 |
рис. 3.3 |
2)
для того, чтобы получить разложение
функции
по косинусам на
,
продолжим сначала функцию
на полуинтервал
четным образом:

Тогда
периодическое продолжение
функции
на
всю числовую ось, то есть четное
продолжение функции
,
изображено рис. 3.3. Функция
непрерывна
на отрезке
(длины периода), а следовательно,
ограничена на нем, кроме того, монотонна
на каждом из интервалов
и
,
а следовательно, удовлетворяет условиям
Дирихле на этом отрезке.
,
а в таком случае функция
непрерывна сей числовой оси. Таким
образом, по теореме Дирихле функция
раскладывается
на отрезке
,
а по периодичности и на всей числовой
оси - в сходящийся к ней ряд Фурье, причем
сумма ряда Фурье
определена
на всей числовой оси, является периодической
с периодом
(так же, как и функция
),
и на отрезке длины периода
удовлетворяет условиям:
,
,
следовательно,
,
;
Найдем
коэффициенты Фурье по формулам (3.9):
,
;
![]()
.
Таким образом,
.
График
суммы
ряда Фурье совпадает с графиком
периодического продолжения
(рис. 3.3).
3)
разложение общего вида функции
получим, используя уже вычисленные
коэффициенты. Продолжим сначала функцию
нулем на полуинтервал
:

а
затем рассмотрим периодическое
продолжение
функции
на
всю числовую ось (оно же будет периодическим
продолжением функции
)
(рис. 3.4). Поскольку
,
то значит ее разложение в ряд Фурье
,
,
где
,
,
то
есть функция
раскладывается в ряд Фурье по синусам
и косинусам:
.
При этом
,
.
График
суммы ряда Фурье
изображен на рис. 3.5.
|
|
|
|
рис. 3.4 |
рис. 3.5 |





