以2l为周期的函数的展开式.ppt

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1、§2以2l为周期的函数的展开式上节讨论了以2为周期,或定义在上然后作2周期延拓的函数的傅里叶展开式,本节讨论更有一般性的以2l为周期的函数的傅里叶展开式,以及偶函数和奇函数的傅里叶展开式.一、以2l为周期的函数的傅里叶级数二、偶函数与奇函数的傅里叶级数一、以2l为周期的函数的傅里叶级数设f是以2l为周期的函数,用变量替换就可以将f变换成以为周期的关于变量t的函数若在上可积,则在也可积,这时函数F的傅里叶级数展开式是:其中(2)因为,所以于是由(1)与(2)式分别得与这里(4)式是以2l为周期的函数f的傅里叶系数,(3)式是f的傅里叶级数.若函数f在上按段光滑,则同样可由收敛

2、定理知道例1将函数展开成傅里叶级数.解由于f在[-5,5)上按段光滑,由此可以展开成傅里叶级数.根据(4)式,有代入(5)式,得这里当和±5时级数收敛于二、偶函数与奇函数的傅里叶级数的偶函数,则在上,是偶函数,是奇函数.因此,f的傅里叶系数(4)是设f是以2l为周期的偶函数,或是定义在上于是f的傅里叶级数只含有余弦函数的项,即其中如(6)式所示(7)式右边的级数称为余弦级数.同理,若f是以2l为周期的奇函数,或是定义在上的奇函数,类似可推得所以当f是奇函数时,它的傅里叶级数只含有正弦函数的项,即其中如(8)式所示.(9)式右边的级数称为正弦级数.若,则偶函数f所展开成的余弦函数

3、为其中当且f为奇函数时,则它展成的正弦级数为其中注如何将定义在上(或更一般地上)的函数展开成余弦级数或正弦级数?方法如下:首先将定义在上的函数作偶式延拓或奇式延拓到上(如图15-8(a)或(b)).然后求延拓后函数的傅里叶级数,即得(10)或(12)形式.图15-8也可以不作延拓直接使用公式(11)或(12),计算出它的傅里叶系数,从而得到余弦级数或正弦级数.例2设函数求f的傅里叶级数展开式.解f是上的偶函数,图15-9是这函数及其周期延拓的图形.由于f是按段光滑函数,因此可以展开成傅里叶级数,而且这个级数为余弦级数.由(10)式(这时可把其中“~”改为“=”)知其中所以当时,

4、有由此可得解函数f如图15-10所示,它是按段光滑函数,因而可以展开成正弦级数(12),其系数例3求定义在上的函数(其中0

5、数在同样的区间上可以用正弦级数表示,也可以用余弦级数表示,甚至作适当延拓后,可以用更一般的形式(5)来表示.