当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第八章 级数 > 第六节 傅里叶级数 > 奇函数与偶函数的形式Fourier展开和周期开拓
好 我们现在来看看
一些特殊函数的形式傅里叶级数的形式
也就是说奇函数偶函数的
它的形式傅里叶级数
如果f(x)是一个2π为周期的周期函数
是一个奇函数
那么我们来看看
a0你会发现从-π到πf(x)dx
奇函数在对称的区间上的积分
我们根据奇偶性的话
它一定是等于零的
所以的an也一样
等于π分之一从-π到π
f(x)cosnxdx
cos是偶函数 f是奇函数
在正负π上的积分
它乘积就是一个奇函数
在正负π上的积分
自然就等于零
那么所以的bn就等于
π分之一从-π到π上积分
f(x)sinnxdx
sin是一个奇函数 f是一个奇函数
两个一乘是个偶函数
偶函数在对称区间上的积分
可以写成两倍的半个区间上的积分
f(x)sinnxdx
所以在这种情况下
我们知道一个奇函数的形式傅里叶级数
一定可以写成Σn从1到正无穷bnsinnx
所有的跟an有关系的所有的系数都是等于0的
所以剩下的就是这些了
我们有时候把它叫做正弦傅里叶级数
反过来来看
我们从另外一个方面
如果f(x)还是一个2π为周期的函数
是一个偶函数
那么a0就等于π分之一从-π到π的积分f(x)dx
f(x)是一个偶函数
所以根据对称性的话
π分之2半周期上的积分
所以的an就等于π分之一
从-π到π的积分
f(x)cosnx的积分
cosnx是一个偶函数
f是一个偶函数
一乘积仍然是一个偶函数
那么根据对称性的话
就等于π分之2从0到π上的积分
f(x)cosnxdx
所以的bn就等于
π分之一从-π到πf(x)sinnxdx
sin是一个奇函数
f是个偶函数
一乘积是个奇函数
奇函数在对称区间上的积分就等于0
所以这个时候我们f(x)它的形式傅里叶级数
就可以写成二分之a0
加上Σn从1到正无穷ancosnx
我们把这个级数就叫做余弦的傅里叶级数
所以一个奇函数可以展开成正弦傅里叶级数
一个偶函数可以展开成余弦傅里叶级数
这都是傅里叶级数的特殊的形式
我们来看一道例题
f(x)是一个2π为周期的周期函数
f(x)就等于π-x
当x属于[0,π]上的时候
要求它的形式傅里叶级数 余弦级数
那么要求它的余弦傅里叶级数
f(x)是2π为周期的
我们只在半周期上有定义
另外半周期我们可以做适当的开拓
因为要把它展成余弦的傅里叶级数
所以f(x)一定是一个偶函数
所以我们先做偶开拓
所谓偶开拓 f(x)就等于
π-x 当x属于[0,π]的时候
π+x 当x属于[-π,0]的时候
然后偶开拓之后再做周期开拓
开拓完了之后的函数它大概是这个样子
在0到π的时候等于π-x是这条线
在-π到0的地方是偶开拓
这是-π到π的一个周期上
在其余的实轴上面
我们就做周期开拓
这就是f(x)的一个图形
我们要求f的形式傅里叶余弦级数
我们知道a0就等于π分之2
从0到π的积分f(x)dx
也就等于π分之2从0到π的积分
π-x dx
我们算一算
结果就是等于π
好我们来看看所有的an
就等于π分之2从0到π积分
f就是π-x乘上cosnxdx
我们算一下之后
我们可以知道这就等于
1-(-1)^n除以n的平方
n可以是1 2 一直下去
这是一个偶函数
所以所有的bn都是等于0
那么这个f(x)它的形式傅里叶级数
就可以写成
二分之π加上Σn从1到正无穷
1-(-1)^n除以n的平方cosnx
这就是这么一个偶开拓之后
偶的2π为周期的周期函数
最后得到的形式傅里叶级数
它是一个正弦傅里叶级数
好我们再来看一道例题
f(x)等于x当x属于(0,π)的时候
我们要做两件事情
第一件要把它展开成2π为周期的
正弦傅里叶级数
第二是要展开成2π为周期的
余弦傅里叶级数
我们先来看看正弦傅里叶级数
正弦傅里叶级数的话
我们首先要做的是奇开拓
把半周期上的函数做奇开拓
然后再做2π周期开拓
这时候的图形是这个样子的
从0到π上f就等于x
那么从0到-π上做奇开拓
然后再做周期开拓
构成一个周期函数
那么这个周期函数它的正弦傅里叶级数
所以的an是都应该等于0的
n从0 1 2
bn我们可以算出来
就等于π分之2从0到π上的积分
0到πf就等于x sinnx dx
它就等于(-1)^n-1 乘上n分之2
n从1开始
所以它的正弦傅里叶级数
f(x)它的形式上的正弦傅里叶级数
Σn从1到正无穷(-1)^n-1 n分之2 sinnx
我们再来看看第二个
我们要把它展开成余弦傅里叶级数
所以首先做的是偶开拓
然后做2π的周期开拓
形成的图像大概是这个样子
0到π是 f就等于x
做偶函数开拓
然后再做周期开拓
那么最后得到的2π的周期函数
就是这种形式的函数
它既然是一个偶函数
所以所有的bn都是等于0
我们可以算一下a0就等于
π分之2从0到π上的积分
f就等于x dx就等于π
剩下的所以的an
就是等于π分之2从0到π上的积分
xcosnx dx
等于 这要分成两部分
等于0 当n是偶数的时候
当n是奇数的时候
等于-4除以π 2k+1括弧的平方
当n是等于2k+1为奇数的时候
所以我们最后得到的形式傅里叶级数
f(x) 二分之π加上Σk从1到正无穷
剩下的都是奇数项
负的π分之4乘上2k+1括弧的平方cos(2k+1)x
剩下的全是级数项
所有的跟偶数有关系的
因为系数等于0
统统的全部消失了
我们要记住这两张图
这是奇开拓之后的正弦傅里叶级数
它的f(x)的图形
这是偶开拓之后余弦傅里叶级数
它的f(x)的图形
这两张图形它的最大的区别是
偶开拓之后f(x)
是不是构成的是一个w型的连续函数
而奇开拓它在π的整数倍的话它是间断的
那么在最后一节
我们要讲收敛性的时候
我们会再提到这两道题
我们会发现两个三角级数
收敛的趋势有点不太一样
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习