フーリエ級数の問題

フーリエ級数の問題

■問題

周期関数

f x = 1 π x < 0 1 0 x < π f x + 2 π = f x

フーリエ級数を求めよ.

■答

f x 4 π sin x + 1 3 sin 3 x + 1 5 sin 5 x + 1 7 sin 7 x +

■ヒント

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.

■解説

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

f x 4 π sin x + 1 3 sin 3 x + 1 5 sin 5 x + 1 7 sin 7 x +

となる.

■フーリエ級数の可視化

 

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

最終更新日: 2026年8月15日