Материал: 2216

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

 

1

 

 

 

 

 

f x

 

 

f t cos tdt

 

 

 

 

 

 

 

cos xd

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

f t sin tdt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin xd .

 

 

 

 

0

 

(8)

Каждый из интегралов по t, стоящих в скобках, существует, т.к. функция f t абсолютно интегрируема в интервале , , а следовательно, абсолютно интегрируемы и функции f t cos t и f t sin t.

Рассмотрим частные случаи формулы (8).

1. Пусть f x – четная. В этом случае f t cos t – функция четная, а f t sin t – нечетная, и мы получаем

 

 

 

 

f t cos tdt 2 f t cos tdt,

f t sin tdt 0.

 

0

 

Формула (8) примет вид:

f x

2

 

 

 

 

f t cos

 

 

 

0 0

(9)

tdt cos xd .

2. f x – нечетная. Тогда по аналогии получим

f x

2

 

 

 

 

 

 

f t sin tdt

sin xd .

 

 

 

0 0

 

(10)

Если функция f x определена только в интервале 0, , то её можно представить при x 0 как формулой (9), так и формулой (10). В первом случае доопределим на интервале , 0 четным образом, а во втором – нечетным.

Вернемся к формуле (8). Интегралы, стоящие в скобках, являются функциями от . Введем обозначения:

 

1

 

 

1

 

A

 

 

 

f t cos t dt; B

 

 

f t sin tdt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда формулу (8) можно переписать так:

f x A cos x B sin x d .

0

(11)

Говорят, что формула (11) дает разложение функции f x на гармоники с непрерывно меняющейся от 0 до частотой . Закон распределения амплитуд и начальных фаз в зависимости от частоты выражается через функции A и B .

Если в формуле (9) положить

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f t cos tdt,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то она примет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x

 

 

 

 

 

 

 

 

F cos xd .

 

 

(13)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функция F

называется косинус – преобразованием Фурье

для функции f x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично на основании формулы (10) можно записать

следующие равенства:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f t sin tdt;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x

 

 

 

 

 

sin xd .

 

 

 

 

(15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функция – синус преобразование Фурье

Пример.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть f x e x ,

 

0; x 0 . По формуле (9) определим

косинус преобразование Фурье:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

e t cos tdt

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

2

2

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (14) определим синус – преобразование Фурье:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

e t sin tdt

 

 

 

 

 

.

 

 

2 2

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

Ряд Фурье по ортогональной системе функций

Определение. Бесконечная система функций

1 x , 2 x , , n x ,

(16)

называется ортогональной на отрезке a, b , если при любом n k выполняется равенство

b

n x k x dx 0.

a

(17)

При этом предполагается, что

b

k x 2 dx 0.

a

Примеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Система

 

 

 

 

функций

1,cos x,sin x,cos2x,sin 2x, ,cosnx, sinnx,

ортогональна

на

отрезке , .

 

 

 

 

 

n

 

n

 

2.

Система функций 1,cos

 

x,sin

 

x, ,cos

x, sin

x,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на ортогональна отрезке , .

3.Система функций 1,cos x,cos2x,cos3x, ортогональная на отрезке 0, .

4.Система функций sin x,sin2x, ,sinnx, ортогональная на отрезке 0, .

5.Система ортогональных многочленов Лежандра, которые определяются так:

 

 

1

 

dn x2

12

 

 

 

 

 

 

 

P x 1,

P x

 

 

 

 

n 1,2, ,

 

 

 

 

0

n

2n n!

dxn

 

 

 

 

они удовлетворяют уравнениям

Учебное издание

Завьялов Александр Михайлович

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКЕ

Учебное пособие

Часть 4

Редактор Т.И. Калинина

Подписано в печать

2008

Формат 60x901/16. Бумага писчая Гарнитура Таймс

Оперативный способ печати Усл.п.л.11,5, уч.-изд.л. 11,5

Тираж 150 экз. Заказ № Цена договорная

Издательство СибАДИ 644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10

Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ 644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10

Источник: https://studfile.net/preview/16408273/