問題を解くのに必要な知識を確認するにはこのグラフ図を利用してください.

フーリエ級数の問題

■問題

周期関数

f x = 2 2x<0 2x 0x<2 f( x+4 )=f( x )

フーリエ級数を求めよ.

■解答

f( x ) 3 2 + 4 π 2 ( cos π 2 x+ 1 3 2 cos 3π 2 x+ 1 5 2 cos 5π 2 x + ) + 2 π ( sin π 2 x+ 1 2 sin 2π 2 x 1 3 sin 3π 2 x + )

■ヒント

フーリエ係数

a 0 = 1 f( x ) xdx    

a n = 1 f( x ) cos nπ xdx     ( n=1,2,3 )

b n = 1 f( x ) sin nπ xdx      ( n=1,2,3 )

を求める

■解き方

a 0 = 1 2l l l f( x )dx

= 1 2·2 { 2 0 2dx+ 0 2 ( 2x ) dx }

= 1 4 { 2 [ x ] 2 0 + [ 2x 1 2 x 2 ] 0 2 }

= 1 4 { 4+4 1 2 ·4 }

= 6 4

= 3 2

 

a n = 1 l l l f( x )cos nπ 2 xdx

= 1 2 { 2 0 2cos nπ 2 xdx+ 0 2 ( 2x ) cos nt 2 xdx }

= 1 2 { 2 [ 2 nπ sin nπ 2 x ] 2 0 + [ ( 2x ) 2 nπ sin nπ 2 x ] 0 2 0 2 ( 1 ) 2 nπ sin nπ 2 x }

= 1 2 { 4 nπ ( 00 )+( 00 )+ 2 nπ [ 2 nπ cos nπ 2 x ] 0 2 }

= 1 2 ( 4 n 2 π 2 )( cosnπ1 )

= 2 n 2 π 2 { ( 1 ) n 1 }

= 0 nが偶数のとき 4 n 2 π 2 nが奇数のとき

 

b n = 1 2 l l f( x )sin nπ 2 xdx

= 1 2 { 2 0 2sin nπ 2 xdx+ 0 2 ( 2x )sin nπ 2 xdx }

= 1 2 { 2 [ 2 nπ cos nπ 2 x ] 2 0 + [ ( 2x )( 2 nπ cos nπ 2 ) ] 0 2 0 2 ( 1 )( 2 nπ cos nπ 2 )dx }

= 1 2 { 2( 2 nπ )( 1cos( nπ ) )2( 2 nπ ) 2 nπ [ 2 nπ sin nπ 2 ] 0 2 }

= 1 2 { 4 nπ ( 1 ( 1 ) n )+ 4 nπ 0 }

= 1 2 · 4 nπ · ( 1 ) n

= 2 nπ · ( 1 ) n


f( x ) a 0 + n=1 ( a n cos nπ 2 + b n sin nπ 2 x )

3 2 + n=1 ( 2 n 2 π 2 { ( 1 ) n 1 }cos nπ 2 x+ 2 nπ ( 1 ) n sin nπ 2 x )

3 2 + 4 π 2 ( cos π 2 x+ 1 3 2 cos 3π 2 x+ 1 5 2 cos 5π 2 x + ) + 2 π ( sin π 2 x+ 1 2 sin 2π 2 x 1 3 sin 3π 2 x + )

 

ホーム>>カテゴリー分類>>数列>>級数展開>> フーリエ級数・変換に関する問題>>フーリエ級数の問題

最終更新日: 2023年7月6日

[ページトップ]

金沢工業大学

利用規約

google translate (English version)