- •8.Вопросы по теме « ряды и интеграл фурье»
- •8.1Примеры скалярного произведения для функций одной переменной
- •8.4 Определение ряда фурье и его коэффициентов для функций с периодом 2пи
- •8.5 Теорема Дирихле для разложения в ряд Фурье с периодом 2 пи
- •8.6 Ряд Фурье для функции с произвольным интегралом
- •8.7 Ряды Фурье для чётных и нечётных функций.
- •8.9 Комплексная формула для интеграла фурье
- •8.10Представление интеграла Фурье для четных и нечетных функций
- •9.Вопросы по теме «истоки операционного исчисленияы на примере преобразования Фурье»
- •9.1Преобразование Фурье (прямое и обратное) общего вида
- •9.2 Косинус-преобразование Фурье
- •9.3 Синус-преобразование Фурье
- •10 . Вопросы по теме «преобразование лаплпса».
- •11 Вопросы по теме «обыкновенные дифференциальные уравнения».
- •11.3 Понятие интеграла дифференциального уравнения
- •11.4 Задача Коши для дифференцмального уравнения
- •11.6 Понятие однородной функции двух переменных и однородного дифференциального уравнения.
- •11.7Уравнения в полных дифференциалах.
- •11.8 Неменее трех вариантов дифференциального уравнения с методом понижения его порядка
- •11.9 Линейные дифференциальные уравнения второго и высшего порядка Линейные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами
- •Линейные однородные уравнения высших порядков
- •12 Вопросы по теме «линейные диф-ные уравнения и системы с постоянными коэф-ми»
- •12.3 Метод вариации произвольных постоянных решения линейных неоднородных уравнений
- •12.5 Однородные системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами
- •12.6 Метод решения системы линейных неоднородных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами
- •13.Вопросы по теме»ряды и операционное исчисление решении Дифференциальных уравнений и систем
- •13.1Решение задачи Коши с помощью степенных рядов
- •13.2 Базовый подход к поиску общего решения дифференциального уравнения с помощью рядов
- •13.5 Базовый подход к решению задачи Коши для дифференциального уравнения с помощью операционного исчисления
- •13.6 Базовый подход к решению задачи Коши для систем дифференциальных уравнений с помощью операционного исчисления
- •14 Вопросы по теме «понятие статистики»
8.Вопросы по теме « ряды и интеграл фурье»
8.1Примеры скалярного произведения для функций одной переменной
Скалярное произведение и норма функций
Обозначим символом множество функций, кусочно-непрерывных на промежутке [a,b], т.е. функций, имеющих на промежутке [a, b] конечное число точек разрыва первого рода и непрерывных во всех остальных точках этого промежутка.
Скалярным произведением функций называется число
.
Свойства скалярного произведения функций полностью совпадают со свойствами скалярного произведения векторов:
1. .
2. .
3. .
4. ; .
Таким образом, скалярное произведение линейно зависит от своих компонентов. Это свойство называется билинейностью скалярного произведения.
Функции называются ортогональными на [a, b], если .
Нормой функции на промежутке [a, b] называется неотрицательное число , квадрат которого равен скалярному произведению функции на себя:
.
8.4 Определение ряда фурье и его коэффициентов для функций с периодом 2пи
Ряд Фурье для функции с периодом 2l.
Пусть функция ƒ(x) есть периодическая функция с периодом 2 l, вообще говоря, отличным от 2π. Разложим её в ряд Фурье.
Сделаем замену переменной по формуле
х = lt / π.
Тогда функция ƒ(lt / π) будет периодичной функцией от t с периодом 2π. Её можно разложить в ряд Фурье на отрезке –π ≤ x ≤ π:
где (Пискунов, стр. 341 – дописывать не надо)
Возвратимся к старой переменной x:
Тогда будем иметь:
(24)
Формула (23) получит вид
, (25)
где коэффициенты a0, ak, bk вычисляются по формулам (24). Это и есть ряд Фурье для периодической функции с периодом 2 l.
Заметим, что все теоремы, которые имели место для рядов Фурье от периодических функций с периодом 2π, сохраняются и для рядов Фурье от периодических функций с каким-либо другим периодом 2 l.
Пример.
Разложить в ряд Фурье функцию ƒ(x) с периодом 2 l, которая на отрезке [-l , l] задается равенством ƒ(x) = | x |.
(Пискунов, стр.342, рис. 383)
Решение. Так как рассматриваемая функция – четная, то
Следовательно, разложение имеет вид
8.5 Теорема Дирихле для разложения в ряд Фурье с периодом 2 пи
Теорема Дирихле. Функция f(x), периодическая с периодом Т = 2l, удовлетворяющая условиям Дирихле на отрезке [-l,l], разлагается в тригонометрический ряд Фурье (53), причем: a) в каждой точке непрерывности х функции f(x) ряд Фурье (53) сходится к значению f(x); b) в каждой точке разрыва хi, функции f(x) ряд Фурье (53) сходится к значению
Тригонометрический ряд Фурье является частным случаем рядов, которые получаются для произвольных систем функций, ортогональных на отрезке [а, b]. Причем сами функции не обязаны быть периодическими.
8.6 Ряд Фурье для функции с произвольным интегралом
Разложение периодической функции с периодом L.
Периодическая функция f(x) повторяется при увеличении х на L, т.е. f(x+L)=f(x). Переход от рассмотренных ранее функций с периодом 2π к функциям с периодом L довольно прост, поскольку его можно осуществить с помощью замены переменной.
Чтобы найти ряд Фурье функции f(x) в диапазоне -L/2≤x≤L/2, введем новую переменную u таким образом, чтобы функция f(x) имела период 2π относительно u. Если u=2πх/L, то х=-L/2 при u=-π и х=L/2 при u=π. Также пусть f(x)=f(Lu/2π)=F(u). Ряд Фурье F(u) имеет вид
Где коэффициенты ряда Фурье,
Однако чаще приведенную выше формулу приводят к зависимости от х. Поскольку u=2πх/L, значит, du=(2π/L)dx, а пределы интегрирования - от -L/2 до L/2 вместо - π до π. Следовательно, ряд Фурье для зависимости от х имеет вид
где в диапазоне от -L/2 до L/2 коэффициенты ряда Фурье,
(Пределы интегрирования могут быть заменены на любой интервал длиной L, например, от 0 до L)
Ряд Фурье на полупериоде для функций, заданных в интервале L≠2π.
Для подстановки u=πх/L интервал от х=0 до х=L соответствует интервалу от u=0 до u=π. Следовательно, функцию можно разложить в ряд только по косинусам или только по синусам, т.е. в ряд Фурье на полупериоде.
Разложение по косинусам в диапазоне от 0 до L имеет вид