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

s2_matan_kol_shpore_html_pdf

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
19.03.2015
Размер:
7.12 Mб
Скачать

#31

Інтеграли Ейлера: Г(а), В(а,в) – області збіжності та рівномірної збіжності.

 

x s

(2)

 

s

1e x dx ,

 

 

0

 

 

 

 

В околі нуля e x xs 1

0 xs 1 , тому збігається, коли s 0 I 2 s збігається s 0

s

існує при s 0 .

 

 

 

 

 

Якщо розглянути s : 0 s

s

s

2

, то e x xs

1

e x

x s0 1 xs1 1

,

а інтеграл від

1

 

 

 

 

 

 

 

 

функції в правій частині останньої

 

рівності існує,

то

s

рівномірно

збігається на

розглянутому проміжку, тобто

s

є неперервною на будь-якому додатному сегменті

s1 , s2 , в наслідок довільності s1

та s2

будемо мати, що

 

s неперервна

s

0 .

(1)

 

1

B p, q

x p 1 1 x q 1 dx

 

0

Коли x 0 x p 1 1 x q 1

0

x p 1

збіжний при p 0 і коли x 1

x p 1 1 x q 1

0 1 x q 1

збіжний при q

0 . З цього слідує, що B p, q існує у

відкритому квадранті p, q . Взявши довільні p0

0 , q0 0 і розглянувши область p p0 ,

q q0 одержимо, що x p 1 1

 

x q 1

x p0

1 1

x q0 1 , тобто інтеграл (1) збігається

рівномірно, з чого слідує неперервність B

p, q

0 .

#32

Інтеграли Ейлера: Г(а) формула пониження.

s x s 1e x dx

0

s 1

x s e x dx

x s e x

 

s x s 1e x dx s

(4)

0

s

 

0

 

0

 

#33

Інтеграли Ейлера: В(а,в) – симетрія, формула пониження.

1

B p, q x p 1 1 x q 1 dx

0

1.(Симетрія

B p, q

B q, p - доведення через заміну (y

(8)

)

= 1-x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.(Формула

p 0, q 1 B p, q

 

 

q

1

B p, q 1

 

 

 

(9)

пониження

 

p q 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доведення.

 

1

 

 

p

p

 

 

q 1

 

1

q 1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

B p, q

1 x q 1 d

x

 

 

x 1

x

 

 

x p 1

x q 2 dx

 

 

 

 

 

 

p

 

 

p

 

 

 

0

p

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

q 1

p

1

x p 1 1 x q 2

x p 1 1 x q 1 dx

0

 

 

q

1

B p, q

1

 

q 1

B p, q

(9)

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

p

 

Аналогічно

 

p 1, q

0

має місце.

 

B p, q

 

p

1

B p 1, q

(10)

p q 1

 

#34. Різні формули запису для B(a,b).

1

B(a,b) xa 1 (1 x)b 1 dx

- бета функція Ейлера

0

B(a, b)

 

Г (а) Г (b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г (a

 

b)

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

1

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

xa 1 (1 x)b 1 dx

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

t a 1

1

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

t a 1dt

 

B(a, b)

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

1 t

 

 

1 t

(1 t)a 1 (1 t)b 1

 

(1 t)2

 

 

(1 t)a b

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

dt

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1

t)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

1

;1 x 1

1

1 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xa 1

1

xa 1

 

 

 

 

 

 

 

 

xa 1

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

t

 

 

 

B(a, b)

 

 

 

 

dx

 

dx

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 x)a b

(1 x)a b

 

(1 x)a b

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

xa 1

 

 

 

0

 

ta b

 

 

 

 

dt

1

 

 

 

xa 1

 

1

 

 

tb 1

 

 

 

 

 

1 xa 1

 

xb 1

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

dx

 

0

(1 x)a b

ta 1 (1 t)a b

 

 

 

t 2

0

 

(1 x)a b

0

(1 t)a b

0

 

(1 x)a b

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#35. Зв’язок між В(а,в) та Г(а).

B(a, b)

 

 

 

Г (a)Г (b)

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г (a b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доведення :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г (a)

 

xa 1e x dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

(q

1)t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г (a

b)

 

 

 

 

xa

b 1e x dx

q

параметр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

dx

(q

1)dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г (a b) (q 1) (q 1)a b 1t a b 1e(q 1)t dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Г (a b)

 

 

 

t a b 1e (q 1)t dt * qa 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(q 1)a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

qa

1

 

Г (a b)

 

 

 

qa 1ta b 1e (q 1)t dt

 

 

 

(1 q)a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

Г (a b)

 

 

 

 

qa

1dq

 

 

 

 

dq qa 1t a b 1e(q 1)t dt

tb 1e t dt qa 1t ae qt dq

 

 

 

(1

q)a

b

 

 

 

0

0

 

0

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tb 1e t dt (qt)a 1 e qt d (tq)

tb 1e t dt ya 1e y dy Г (a)Г (b)

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

Г (a b)B(a b)

Г (a)Г (b)

B(a, b)

Г (a)Г (b)

 

 

 

Г (a

b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#36. Інтеграли Ейлера: формула доповнення.

#37_1

Поняття: Якщо для функції f : R R функції a, b обчислюються за формулами

a

1

f (t) cos tdt , b

1

f (t) sin tdt ,

(1)

 

 

 

 

то тригонометричний інтеграл

acos x bsin x d

0

називається інтегралом Фур’є (або повторним інтегралом Фур’є) функції f .

Означення: Нехай функція f (x) визначена на всій числовій прямій та задовольняє таким умовам:

Функція f (x) є обмеженою та абсолютно інтегрованою на ( ; ) , тобто існує невластний інтеграл

f (x) dx Q

2. У будь-якому скінченому проміжку [ l, l]функція f (x) розкладається у ряд Фур’ є

f (x)

a0

 

an cos

n

x

bn sin

n

x

(2.1)

2

n 1

 

l

l

 

де коефіцієнти Фур’є визначаються формулами

an

1 l

f (x) cos

n x

dx;

n

0,1,2,...

l

 

 

l

 

 

l

 

 

 

 

 

(2.2)

 

1 l

 

 

n x

 

 

 

b

 

f (x) sin

dx;

n

1,2,3,..

 

 

 

 

 

n

l

 

 

 

l

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

Підставивши замість коефіцієнтів an і bn їх вирази, перепишемо ряд у вигляді

f (x)

1

l

f (t)dt

1

l

 

 

 

 

 

 

2l

l

 

l n 1

l

 

 

 

f (t) cos ntl dt cos nl x

l

l

f (t) sin

nt

dt sin

n x

l

l

 

 

Або

f (x)

1 l

f (t)dt

1

 

 

 

 

2l l

 

l

 

 

 

 

l

n 1 l

f (t) cos

n

(t x)dt (2.3)

l

 

 

Достатні ознаки розкладності функції в ряд Фур'є

Крапка розриву функції називають крапкою розриву першого роду, якщо існують кінцеві межі праворуч і ліворуч цієї функції в даній крапці.

ТЕОРЕМА 1 (Дирихле). Якщо періодична з періодом функція безперервна або має кінцеве число крапок розриву 1-ого роду на відрізку * + і цей відрізок можна розбити на кінцеве число частин, у кожному з яких f(x) монотонна, то ряд Фур'є щодо функції сходиться до f(x) у крапках безперервності й до среднеарифметическому однобічних меж у крапках розриву роду (Функція задовольняючим цим умовам називається монотонною-монотонній-кусочно- монотонної).

ТЕОРЕМА 2. Якщо f(x) періодична функція з періодом , що на відрізку * + разом зі своєї похідної безперервна або має кінцеве число крапок розриву першого роду, то ряд Фур'є функції f(x) у крапках розриву до середнього арифметичного однобічних меж (Функція задовольняючій цій теоремі називається гладкою-гладкій-гладкої-кусочно-гладкої).

#38

Збіжний інтеграл з рядом Фур’ є: f (x) (A( )cos x B( )sin x)d(2.7)

0

Перетворимо за допомогою формули Ейлера підінтегральну функцію у формулі (2.7) до наступного вигляду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e j x

 

e

 

j x

 

e j x

e j x

 

 

A( )cos x

B(

)sin

x

A(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

B(

)

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A( )

jB(

)

e

j x

A(

)

jB( )

e

j

x

c( )e

j x

c(

)e

j x (2.11)

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де позначено

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c( )

 

A( )

jB( )

; c(

)

 

 

A( )

 

 

jB( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тоді

(A( )cos

x B(

)sin

x)d

 

 

 

(c( )e j x

c(

)e j x )d

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.12)

 

 

c( )e j x d

c( )e j x d

 

 

 

c( )e j x d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для c(

)

дістаємо вираз

 

 

 

 

 

 

 

 

c(

)

 

 

 

A(

)

jB( )

 

1

(

1

 

f (t) cos

tdt

j

1

 

f (t) sin tdt)

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.13)

 

 

 

 

 

f (t)(cos t

j sin

 

t)dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Звідси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c(

)

 

 

1

 

f (t)e

j t dt

(

 

0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Безпосередньо бачимо, що ці формули не втрачають сенс і при

0 , бо

 

 

 

 

 

 

 

. Тому із формули (2.7) випливає

 

 

c(

)

 

 

 

c(

)

 

 

f (x)

lim

(A(

)cos x B( )sin x)d

lim c( )e j x d (2.15)

 

 

0

 

 

Отже, в точках неперервності функції

f (x)

c(

)e j

x d (2.16) де

 

c

 

( )

1

f (t)e

j kt dt.

k

 

 

2

(2.17)

 

Вираз для f (x) у формі (2.15) називають комплексною формою інтеграла Фур’є для функції f (x) .

Зауваження. Множник

1

можна записати у будь - яку з формул (2.16) чи (2.17):

2

 

 

у вираз для c( ) , як у формулі (2.17), або у формулі (2.16), як це у подальшому буде зроблено для формул перетворення Фур’ є відповідно до стандартів електротехніки.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]