Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Волков Интеграл и преобразование Фуре Учебно-методическое 2012

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
12.11.2022
Размер:
232.08 Кб
Скачать

Решение. Согласно (13) и (15), интегрируя по частям, имеем:

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

sin tx

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (x) =

 

 

 

 

 

 

t costx dt =

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

π

 

 

x

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

sin tx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

sin tx

 

 

 

 

 

costx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

dt

 

=

 

 

 

 

 

t

 

 

x

 

 

 

+

 

 

x

2

 

 

 

 

 

=

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

2 sin x

+

cos x 1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

x

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

costx

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (x) =

 

 

 

t sin tx dt =

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

+

π

 

 

π

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 costx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

costx

 

 

 

 

sin tx

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

x

dt

 

=

 

 

 

 

 

 

t

 

 

x

 

 

 

+

 

 

x

2

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

sin x

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

x

2

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 6. Найти функцию f (x) , если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞f (t)sin tx dt = ex (x > 0).

 

 

 

 

 

(17)

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Равенство (17) можно рассматривать как обратное си- нус-преобразование Фурье функции f (x) . Поэтому для поиска

f (x) можно воспользоваться прямым синус-преобразованием Фурье:

f(x) = 2 +∞et sin tx dt =

π0

 

2

+∞

 

=

Im et (ix1)

dt =

π

 

 

 

 

 

0

 

11

 

2

 

 

t (ix1)

 

+∞

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

e

 

 

 

 

=

 

=

 

 

 

Im

 

 

 

 

 

 

 

Im

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

π

 

 

 

ix 1

 

0

 

 

 

 

 

1

ix

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2

1+ix

 

 

=

2

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

x 0 .

 

π

 

 

π

1+ x2

 

 

 

1+ x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 7. Найти функцию f (x) , если

1

+∞f (t)eitx dt = eax (x > 0, a > 0).

(18)

2π

−∞

 

Решение. Равенство (18) можно рассматривать как обратное преобразование Фурье функции f (x) . Поэтому для поиска f (x)

можно воспользоваться прямым преобразованием Фурье с учетом замечания 3 (с. 6):

f (x) = +∞eat eitx dt =

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= +∞et (a+ix) dt =

et (a+ix)

 

 

+∞ =

 

 

 

 

(a +ix)

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

1

=

a ix

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a +ix

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 + x2

 

 

 

 

 

 

 

Пример 8. Найти функцию f (x) , если

 

 

 

 

 

 

 

1

+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

x

 

,

 

 

x

 

 

 

≤π;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

itx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

f (t)e

 

 

 

 

 

dt =

 

 

x

 

> π.

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

0,

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x) = 1

π sin

 

t

 

 

eitx dt = π sin t costx dt =

 

 

 

2

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1 π[sin t (1+ x) +sin t (1x)] dt = 2 0

12

 

=

1

cost(x 1)

cost(x +1)

 

 

π

 

=

 

 

 

 

 

 

2

 

x 1

 

x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

cos πx 1

cos πx 1

=

 

 

2

 

x 1

 

 

x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1+cos πx 1

 

 

 

1

=

1+cos πx

.

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +1

 

 

 

x 1

 

 

 

 

§ 3. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

Представить интегралом Фурье следующие функции.

 

 

1,

 

 

 

 

 

x

 

<1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

f (x) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

>1.

 

 

 

 

 

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

1

 

 

 

 

 

,

x

 

a;

 

 

 

 

 

 

2.

f (x) =

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

> a.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

f (x) =

 

1

 

 

 

 

 

,

 

 

 

a > 0 .

a2

+ x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

f (x) = e−α

 

x

 

 

cosβx , α > 0 .

 

 

 

 

5.

f (x) = xex2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти преобразование Фурье следующих функций. 6. f (x) = e−α x , α > 0 .

7. f (x) = ex2 /2 cos αx .

13

8. Найти косинус- и синус-преобразование Фурье функции

 

1 x ≤ −

1

 

1,

 

 

;

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

< x <

;

f (x) = 0,

2

2

 

1

 

 

 

 

x 1.

 

 

 

 

1,

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Найти функцию f (x) , если выполняется равенство

+∞f ( y)cos xy dy =

1

 

,

x 0 .

1+ x

2

0

 

 

 

Ответы

1.f (x) = 2 +∞sin t costx dt .

π 0 t

2.f (x) = 2h +∞1costa costx dt . πa t2

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

f (x) =

1 +∞eat costx dt .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α +∞

1

 

 

 

 

1

 

 

 

4.

f (x) =

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

costx dt .

π

(t −β)

2

2

(t

)

2

2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

5.

f (x) =

 

1

+∞tet2 /4 sin tx dt .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

π

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.F (x) = 2 α .

πx2 2

7.F (x) = e( x2 2 )/2 ch αx .

8.

F (x) =

2

sin x sin(x / 2) ,

F (x) =

2

cos(x / 2) cos x .

 

 

 

C

π

x

S

π

x

 

 

 

9.

f (x) =ex ,

x 0 .

 

 

 

14

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Демидович Б.П. Сборник задач и упражнений по математическому анализу. М.: Наука, 1990.

2.Сборник задач по математике для втузов. Специальные разделы математического анализа / Под ред. А.В. Ефимова, Б.П. Демидовича. М.: Наука, 1981.

15

СОДЕРЖАНИЕ

§ 1.

Интеграл и преобразование Фурье.

 

Синус- и косинус-преобразования Фурье............................................

3

§ 2.

Примеры...........................................................................................

8

§ 3.

Задачи для самостоятельного решения.......................................

13

Список рекомендуемой литературы...................................................

15

16

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]