- •19.Функціональні ряди поняття рівномірной збыжн. Озн вейерштр.
- •20. Поняття степеневого ряду. Теорема Абелья. Інтервал та радіус збіжності степеневого ряду.
- •Теорема2(Абелья) Якщо ряд (1) розбіжний в точці то він буде розбіжним для всіх
- •21. Схема исследования области сходимости степ. Ряда. Примеры. Свойства степ. Рядов
- •22. Ряд Тейлора
- •23. Разложение элементарн. Функций в ряд Макларена
- •24. Тригонометрический ряд Фурье.
- •25. Ряды Фурье для функций четных и нечетных. Ряды Фурье для 2l периодических функций. Примеры.
- •26. Подвійний інтеграл умови його існування і властивості
- •28. Заміна змінних в подвійному інтегралі.Подвійний інтеграл у полярних координатах.
- •29. Поняття потрійного інтегралу. Умови його існування та властивості.
- •30. Обчислення потрійного інтегралу. Приклади.
- •31. Заміна зміних у потрійному інтегралі.
- •32. Криволінійні інтеграли. Приклади.
- •33. Деякі застосування кратних та криволінійних інтегралів.
24. Тригонометрический ряд Фурье.
Опр. Ф-
циональный ряд вида : a0/2
+
(1)
где a0,an,bn
(n=0,1,2,…)
/R,
наз. тригонометрическим рядом. Указ.
числа наз. его коэффициентами. Допустим,
что ряд(1) на отрезке [
]
равномерно сходиться к ф-ции f(x).
f(x)= a0/2 + (2) поскольку члены ряда (2) явл. непрер. ф-циями, этот ряд - равномерно сходящийся к ф-ции f(x), то сама f(x) явл. непрерывной(св-во 1. б.19)и этот ряд почленно интегрировать. Проинтегрировав почленно ряд (2) на [ ] получим
.
Поскольку
(n=1,2,…).
Получим
=a0
=>a0=1/
(3). Домножим обе
части р-ва (2) на cos
kx
и проинтегрируем получ. ряд на [
]:
(4) Поскольку
(k≠n),
( k). Из р-ва (4) при n=k получим:
an
(5).
Аналогично,
помножив (4)
на
sin
kx
и проинтегрировав получ. ряд на [
]
найдем коэффициент bn=1/
(6).
Опр.пусть f(x) интегрируемая ф-кция на [ ]. Числа a0,an,bn, кот. опр. ф-лами (3),(5),(6) наз. коэффиц. Фурье ф-кции f(x). Тригон. ряд (1), коэфф. которого явл. коэф-тами Фурье ф-кции f(x), наз. рядом Фурье этой ф-кции. Его обозн. :
f(x)
a0/2+
(7). Знак соответствия
озн., что интегрируемой на[
]
в виде равномерно сход. на этом отрезке
тригон ряда, то этот ряд единственный
и явл. рядом Фурье. Док-й результат можно
так : Теорема
1 Если f(x)
можно предст. на отрезке [
]
в виде равномерно сход. на этом отрезке
тригон. ряда , то этот ряд единственный
и явл. рядом Фурье.
Теорема 2( дост.
условие представления ф-кции черз её
ряд Фурье) : Пусть периодич. ф-кция f(x)
с периодом
явл.
кусочно-монотон. и огран на [
]
,тогда ряд Фурье f(x)
явл. сходящимся на всей числ. оси. Сумма
S(x)
найденного ряда равна значению ф-кции
f(x)
во всех т. непр-сти ф-кции f(x)
, если x0
– точка разрыва ф-кции f(x),
то S(x)=(f(x0-0)+f(x0+0))/2,
т.е. сумма ряда Фурье в т. хо
равна среднему арифм. одностор. пределов
ф-кции в т. хо.
В кончных точках отрезка[
]
сумма ряда Фурье принимает значения
.
Замечание
если ряд
Фурье сходится к S(x)
то эта явл.
периодической, так как
периодическими
явл. все члены ряда (2). Если ряд (2)
сходящийся к f(x)
на [
]
то он сходится к этой ф-кции на всей
числовой оси, при этом f(x+
)=f(x).
Таким образом заданную на [
]
ф-кцию можно периодически продолжить
на всю числ. прямую и представить в виде
суммы ряда Фурье. 2. Произв.
-
периодическую ф-кцию φ(х) можно проинтегр.
по периоду
,
т.
(-
.
Поэтому коэфф. ряда Фурье можно найти
вычисляя интегралы (3),(5),(6) на
отрезке
длиной
:
25. Ряды Фурье для функций четных и нечетных. Ряды Фурье для 2l периодических функций. Примеры.
Заметим что условия, кот. накладываются на f(x) при разложении его в ряд Фурье
значительно проще,чем при его разложении в степ. ряд.Действительно ,при разложении
ф-ии в ряд Тейлора необх.чтобы она была не только непрерывной но и бескон.число раз
диффер-ема .Это совсем необходимо это совсем не необх.для разлож.ф-ии в ряд Фурье
Согласно теор.2 (24),если ф-ия непрер. на отрезке и если она имеет конечное кол-во
точек розрыва 1-го рода на отрезке ,ее можно предст. рядом Фурье.Таким образом,класс ф-й
,кот.можно разлож. в ряд Фурье,значительно шире чем класс ф-й ,кот. можно разлож. в ряд Тейлора.
Пусть f(x)
на
можно разл. в ряд Фурье . Покажем что
вычисл. коэф.этого ряда значит. упрощатся
в случае ,если f(x)
четная или нечтная
Если f(x)
четная ,ее ряд Фурье
f(x)=
ao/2
+
,где
ao=2/
f(x)dx
, an=
=2/ f(x) cosnx dx,n=1,2…
Если f(x)-нечетная
,ее ряд Фурье f(x)=
bn
sin
n
x
,где
bn=2/
f(x)
sin
nx
dx
n=1,2…
Действительно ,если
(x)
интегр.на [- L;L],
( L>0)
и четная ,то
(x)dx=
(x)dx.
Если
(x)-нечетная
,
(x)dx
=0. График:
Замечание: ф-лы (1),(2) отображ. характер f(x).Если f(x) четн.ее ряд Фурье содерж.только
косинусы (четные).Если f(x) нечетная ее ряд содерж.только синусы (нечетные) График:
Пример:Разложить
в ряд Фурье 2
-периодичес-
кую ф-ию:f(x)=
,
Эта
ф-ия кусочно –монотонная поэтому ее
можно разложить в ряд Фурье .Поскольку
ф-ия четная находим ее коэф. по формуле (1): ao=2/ xdx = ;
an=2/
x
cosnxdx=
=2/
(xsin nx/n
-1/n
=2/
cos
nx
=2/
((-1)n-1)
=
((-1)n-1)
cosnx=
Пусть ф-ия f(x)
кусочно-монотонная на
,(L>0)
и есть 2L-периодическая
разложим его в ряд
Фурье.Сделаем замену переме- нной
x=2L/
.Рассм.
=f(2L/
)
ф-ия кусочно-монотонная на и также есть 2 -периодическая.
Ряд Фурье для
=a0/2+
(3)
(4)
Bернемся
к переменной x
в фомулах (3),(4) возьмем t=
.Получим
:f(x)=a
(5)
(6)
Ряд (5)-ряд Фу рье для f(x)
c
периодом 2L.Его
коэф. наход. по ф-ле (6).
Замечание: все теоремы которые справедливы для рядов Фурье 2 -период. фий, сохр. и для рядов Фурье 2L-периодических ф-ий.
