Тригонометрический ряд Фурье
Скалярное произведение и ортогональность. Экспоненты мнимого аргумента, а также среднеквадратичное отклонение. Образование полной системы попарно ортогональных функций. Комплексная функция вещественной переменной. Вычисление коэффициентов Фурье.
| Рубрика | Математика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.04.2015 |
| Размер файла | 122,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КАФЕДРА «РиРТКС»
Контрольная работа
по дисциплине: Уравнения математической физики
на тему: Тригонометрический ряд Фурье
Мурманск
2012
Тригонометрический ряд Фурье -- представление произвольной функции с периодом в виде ряда:
или используя комплексную запись, в виде ряда:
Скалярное произведение и ортогональность
Пусть , -- две функции пространства. Определим их скалярное произведение:
Условие ортогональности:
где -- символ Кронекера. Таким образом, скалярное произведение ортогональных функций равно квадрату нормы функции при или нулю в противном случае. Следующее наблюдение является ключевым в теории рядов Фурье: функции вида sin(kx), cos(kx) попарно ортогональны относительно этого скалярного произведения, то есть при всех целых неотрицательных .
и при всех целых неотрицательных k, l:
Ещё одно важное свойство состоит в том, что тригонометрическая система функций является базисом в пространстве . Иными словами, если некоторая функция из этого пространства ортогональна всем функциям вида то, она тождественно равна нулю (если точнее, то равна нулю почти всюду).
Классическое определение
Тригонометрическим рядом Фурье функции называют функциональный ряд вида:
(1)
Где
Числа a0, an и bn (n=1,2,…) называются коэффициентами Фурье функции f. Формулы для них можно объяснить следующим образом. Предположим, мы хотим представить функцию в виде ряда (1), и нам надо определить неизвестные коэффициенты a0, an и bn. Если умножить правую часть (1) на cos(kx) и проинтегрировать по промежутку , благодаря ортогональности в правой части все слагаемые обратятся в нуль, кроме одного. Из полученного равенства легко выражается коэффициент ak. Аналогично для bk
Ряд (1) сходится к функции f в пространстве. Иными словами, если обозначить через Sk(x) частичные суммы ряда (1):
то их среднеквадратичное отклонение от функции f будет стремиться к нулю:
Несмотря на среднеквадратичную сходимость, ряд Фурье функции, вообще говоря, не обязан сходиться к ней поточечно (см. ниже).
Комплексная запись
Часто при работе с рядами Фурье бывает удобнее в качестве базиса использовать вместо синусов и косинусов экспоненты мнимого аргумента. Мы рассматриваем пространство комплекснозначных функций со скалярным произведением:
Мы также рассматриваем систему функций:
Как и прежде, эти функции являются попарно ортогональными и образуют полную систему, и, таким образом, любая функция может быть разложена по ним в ряд Фурье:
,
где ряд в правой части сходится к f по норме в . Здесь:
Коэффициенты : связаны с классическими коэффициентами Фурье по следующим формулам:
Комплексная функция вещественной переменной раскладывается в такой же ряд Фурье по мнимым экспонентам, как и вещественная, но, в отличие от последней, для её разложения и не будут, вообще говоря, комплексно сопряженными.
Тригонометрического ряда Фурье
Все утверждения верны в предположении, что участвующие в них функции (и результаты операций с ними) лежат в пространстве .
Вычисление коэффициентов Фурье является линейной операцией:
Справедливо равенство Парсеваля:
Коэффициенты Фурье производной легко выражаются через коэффициенты Фурье самой функции:
коэффициенты Фурье произведения двух функций выражаются сверткой коэффициентов Фурье сомножителей:
рассмотрим операцию свертки функций:
где функции предполагаются периодически продолженными с промежутка на всю прямую. Тогда:
скалярный среднеквадратичный коэффициент фурье
Список литературы
http://ru.wikipedia.org/wiki/Тригонометрический_ряд_Фурье
http://tkachenko-mephi.narod.ru/pdfs/2semVf4.pdf
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Векторные пространства, скалярное произведение и норма функций, ортогональные системы функций, равенства и тригонометрический ряд Фурье. Сходимость интеграла Фурье, основные сведения теории преобразования. Операционное исчисление, преобразование Лапласа.
учебное пособие [1,2 M], добавлен 23.12.2009Условия разложения функций для тригонометрического ряда. Определение коэффициентов разложения с помощью ортогональности систем тригонометрических функций. Понятие периодического продолжения функции, заданной на отрезке. Ряд Фурье функции у=f(x).
презентация [30,4 K], добавлен 18.09.2013Общее определение коэффициентов по методу Эйлера-Фурье. Ортогональные системы функций. Интеграл Дирихле, принцип локализации. Случай непериодической функции, произвольного промежутка, четных и нечетных функций. Примеры разложения функций в ряд Фурье.
курсовая работа [296,3 K], добавлен 12.12.2010Образование множеством функций системы ортонормированных функций, условия ортогональности для заданной системы. Разложение в тригонометрический и комплексный ряды Фурье пилообразного сигнала. Генерирование программного произвольного дискретного сигнала.
контрольная работа [378,6 K], добавлен 14.01.2016Разложение в ряд Фурье. Определение функции и нахождение коэффициентов разложения. Проведение замены в интеграле. Условия теоремы о разложении функции в ряд Фурье. Примеры взятия интеграла по частям. Разложение в ряд Фурье четных и нечетных функций.
презентация [73,1 K], добавлен 18.09.2013Определение числа гармоник разложения функций в ряд Фурье, содержащих в сумме не менее 90% энергии. Построение амплитудного и фазового спектров функции, графика суммы ряда. Расчет среднеквадратичной ошибки между исходной функцией и частичной суммой Фурье.
контрольная работа [348,5 K], добавлен 13.12.2011Введение новых динамических систем и их решений, специальных функций эллиптических и тета-функций, зависящих от одного параметра, разложение эллиптических функций Якоби в ряды Фурье (теоремы разложения). Рассмотрение их связи с функцией Вейерштрасса.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.04.2011Изучение явлений, происходящих в линейных цепях при периодических несинусоидальных напряжениях и токах. Разложение периодических несинусоидальных кривых в тригонометрический ряд Фурье. Основы разложения кривых, обладающих симметрией, и виды симметрии.
презентация [290,3 K], добавлен 06.06.2014Общая характеристика математической модели радиотехнического сигнала. Значение спектрального разложения функций в радиотехнике. Работа вещественных одномерных детерминированных сигналов и система синусоидальных и косинусоидальных гармонических функций.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 13.08.2011Рассмотрение задач с двойными и тройными интегралами, применение к ним геометрического и симплекс методов решения; описание теоретической и практической части. Разложение функции в ряд Фурье по синусам и определение наибольшего и наименьшего значения.
курсовая работа [185,1 K], добавлен 28.04.2011Свойства дискретного преобразования Фурье, представленные в виде математических формул, которые наиболее адекватно соответствуют цифровой технике обработки информации. Алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ), его значение для программирования.
учебное пособие [223,6 K], добавлен 11.02.2014Алгоритм вычисления преобразования Фурье для дискретного случая. Дискретное преобразование Фурье. Спектральное представление и спектральные характеристики периодического сигнала, четной непериодической функции и произвольного непериодического сигнала.
курсовая работа [932,9 K], добавлен 23.01.2022Обозначение основных тригонометрических терминов: радианная и градусная мера угла, синус, косинус, тангенс, котангенс. Область определения функций и построение их графиков. Выведение формул сложения, суммы, разности и двойного аргумента функций.
презентация [229,3 K], добавлен 13.12.2011Элементарные многоэкстремальные функции, направления их исследования и вычисление основных параметров. Сравнительный анализ ЭМЭФ-преобразования и преобразования Фурье. Механизм и значение обнаружения слабого сигнала на фоне сильной низкочастотной помехи.
статья [126,0 K], добавлен 03.07.2014Свойства дзета-функции Римана для действительного аргумента. Дзета-функцию как функция мнимого аргумента. Дзета-функция Римана широко применяется в математическом анализе, в теории чисел, в изучении распределения простых чисел в натуральном ряду.
курсовая работа [263,2 K], добавлен 29.05.2006Бесселевы функции с любым индексом. Формулы приведения для бесселевых функций. Интегральное представление бесселевых функций с целым индексом. Ряды Фурье-Бесселя. Асимптотическое представление бесселевых функций для больших значений аргумента.
курсовая работа [617,8 K], добавлен 22.09.2008Пространство обобщенных функций. Дифференциальные уравнения в обобщенных функциях. Преобразования Лапласа и Фурье. Обобщенные функции, отвечающие квадратичным формам с комплексными коэффициентами. Нахождение решения в математическом пакете Maple.
курсовая работа [516,1 K], добавлен 25.06.2013Задача о малых колебаниях. Вычисление коэффициентов с помощью быстрого преобразования Фурье. Дискретный подход к вычислению коэффициентов. Вычисление методом Лежандра-Гаусса. Расчет узлов и весовых коэффициентов. Массивно-параллельный расчёт амплитуд.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 20.07.2015Интеграл Фурье в комплексной форме. Формулировка теоремы о сходимости интеграла для кусочно-гладких и абсолютно интегрируемых на числовой прямой функции. Примеры нахождения преобразования Фурье, сверстка и преобразование, спектр, некоторые приложения.
курсовая работа [231,5 K], добавлен 27.08.2012Алгоритм введения понятия ряда Фурье, опирающийся на моделирование физических задач в теоретическом курсе высшей математики для студентов физико-математических и инженерно-технических специальностей вузов. Функции и свойства рядов, их физический смысл.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 20.05.2015
