- •Глава 1. Числовые ряды
- •§1. Основные понятия
- •§2. Геометрический ряд
- •§3. Простейшие свойства сходящихся рядов
- •§4. Необходимый признак сходимости ряда
- •§5. Достаточные признаки сходимости знакоположительных рядов
- •5.1. Признаки сравнения рядов
- •1) Если ряд (2) сходится, то ряд (1) также сходится,
- •5.3. Радикальный признак Коши
- •5.4. Интегральный признак Коши
- •1) Ряд (1) сходится, если интеграл сходится;
- •2) Ряд (1) расходится, если интеграл расходится.
- •§6. Знакочередующиеся ряды
- •5.2. Признак Даламбера
- •§7. Достаточный признак сходимости знакопеременного ряда
- •§8. Остаток ряда и его оценка
- •Глава 2. Функциональные ряды
- •§1. Основные понятия
- •§2. Равномерная сходимость
- •§3. Степенные ряды
- •§4. Свойства степенных рядов
- •Глава 3. Ряды фурье
- •§1. Ряды и коэффициенты Фурье
- •§2. Ряды Фурье для четных и нечетных функций
- •§3. Разложение в ряд Фурье периодических функций
§2. Ряды Фурье для четных и нечетных функций
В некоторых случаях формулы для вычисления коэффициентов Фурье могут быть упрощены. Это имеет место для четных и нечетных функций.
Приведем несколько очевидных свойств четных и нечетных функций.
Произведение четной функции на четную или нечетной на нечетную есть функция четная.
Произведение четной функции на нечетную есть функция нечетная
Если – четная функция, то
.Если – нечетная функция, то
.
Допустим, что нужно разложить в ряд Фурье четную функцию .
Так как
– функция четная, а
– функция нечетная, то произведение
будет функцией четной, а
– функцией нечетной (свойства I
и II).
На основании свойств III
и IV
получим
,
,
.
Соответственно этому ряд Фурье для четной функции будет иметь вид
.
Если требуется разложить в ряд Фурье нечетную функцию, то вследствие свойств I и II произведение будет функцией нечетной, а – функцией четной. Поэтому
,
.
Ряд Фурье для нечетной функции будет иметь вид
.
Таким образом, четная функция разлагается в ряд только по косинусам, а нечетная функция – только по синусам кратных дуг.
§3. Разложение в ряд Фурье периодических функций
Пусть функция
,
удовлетворяющая условиям Дирихле, имеет
период
,
т.е.
.
В случае функции , имеющей период , коэффициенты Эйлера-Фурье вычисляются по формулам:
,
,
(2)
(8)
В точках разрыва
функции
и в концах
интервала сумма ряда Фурье определяется
аналогично тому, как это имеет место
при разложении в интервале
.
В случае разложения
функции
в ряд Фурье в произвольном интервале
длины
пределы интегрирования в формулах (2)
следует заменить соответственно на
и
.
Пример.
Разложить в ряд Фурье периодическую
функцию
с периодом 2, заданную на отрезке
уравнением
.
Решение.
Рассматриваемая функция является
четной. Ее график – дуга параболы,
заключенная между точками
и
.
Так как
–
четная функция, то и
будет четной функцией. Здесь
,
поэтому
,
.
Интегрируя дважды по частям, получим.
.
.
.
.
Так как рассматриваемая функция – четная, то . Следовательно,
.●
Если функция
задана на отрезке
,
то для разложения в ряд Фурье достаточно
доопределить ее на отрезке
произвольным способом, а затем разложить
в ряд Фурье, считая ее заданной на
сегменте
.
Наиболее целесообразно функцию
доопределить так, чтобы ее значения в
точках сегмента
находилась из условия
или
.
В первом случае функция
на сегменте
будет четной, а во втором – нечетной.
При этом часто говорят, что функция в
интервале
разложена в ряд Фурье по синусам или
косинусам кратных дуг.
Пример.
Разложить функцию
,
заданную на полупериоде
,
в ряд по синусам.
Решение.
Для разложения функции в ряд по синусам
надо ее продолжить на интервал
нечетным образом, затем продолжить
полученную функцию периодически на всю
числовую ось.
;
Здесь надо принять l = 1 и = 1. Тогда
Итак, ряд Фурье для данной функции имеет вид
.●
