周期関数
f x = − 1 − π ≦ x < 0 1 0 ≦ x < π , f x + 2 π = f x
のフーリエ級数を求めよ.
f x ∼ 4 π sin x + 1 3 sin 3 x + 1 5 sin 5 x + 1 7 sin 7 x + ⋅ ⋅ ⋅
フーリエ係数
a n = 1 π ∫ − π π f ( x ) cos n x d x ( n = 0 , 1 , 2 · · · )
b n = 1 π ∫ − π π f ( x ) sin n x d x ( n = 1 , 2 , 3 · · · )
を求める.
a n = 1 π ∫ − π π f x cos n x d x
= 1 π ∫ − π 0 − 1 cos n x d x + ∫ 0 π cos n x d x
◇ n ≠ 0 のとき
= 1 π − 1 n sin n x − π 0 + 1 n sin n x 0 π
= 1 π 0 + 0
= 0
◇ n=0 のとき
= 1 π ∫ −π 0 −1 dx+ ∫ 0 π dx
= 1 π −x −π 0 + x 0 π
= 1 π −π+π
=0
b n = 1 π ∫ − π π f x sin n x d x
= 1 π ∫ − π 0 − 1 sin n x d x + ∫ 0 π sin n x d x
= 1 π 1 n cos n x − π 0 + − 1 n cos n x 0 π
= 1 π 1 n 1 − cos − n π + 1 n 1 − cos n π
余弦関数は偶関数なので cos − n π = cos n π
= 1 π 1 n 1 − cos n π + 1 n 1 − cos n π
= 2 1 − cos n π n π
= 2 1 − − 1 n n π (∵ cos n π = − 1 n )
= 0 n が偶数 4 n π n が奇数
以上より
となる.
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最終更新日: 2026年8月15日