f(x)=f(x+λ), Τότε η συνάρτηση καλείται περιοδική, ο δε ελάχιστος αριθμός λ για τον οποίο ισχύει η παραπάνω σχέση καλείται αρχική περίοδος της f.

Σχετικά έγγραφα
ΜΔΕ Άσκηση 6 Α. Τόγκας

ΣΕΙΡΕΣ FOURIER. ο µετασχηµατισµός αυτός δίνεται από την σχέση x = ). Έτσι, χωρίς βλάβη της γενικότητας,

Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

Κεφάλαιο Σειρές και μετασχηματισμός Fourier

Κεφάλαιο 7. Εισαγωγή στην Ανάλυση Fourier.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΕΑΠ ΣΠΟΥ ΕΣ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Θ.Ε. ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι (ΠΛΗ-12)

ΜΙΓΑΔΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΟΛΟΚΛ. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΡΑΠΤΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΙΟΥΝΙΟΥ 2010 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Seirèc Fourier A. N. Giannakìpouloc, Tm ma Statistik c OPA

Τετραγωνική κυματομορφή συχνότητας 1 Hz

είναι γραµµικώς ανεξάρτητοι, αποτελούν βάση του υποχώρου των πινάκων Β άρα η διάστασή του είναι 2. και 2

[1] ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2012 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ. z : Παρατηρούμε ότι sin

4. ΟΙ ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ

Τριγωνομετρικές συναρτήσεις Τριγωνομετρικές εξισώσεις

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΑΝΑΠΤΥΞΕΩΣ ΠΕΡΙΟ ΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΣΕΙΡΑ FOURIER

Απόδειξη Αποδεικνύουμε το θεώρημα στην περίπτωση που είναι f (x) 0.

Λύσεις μερικών ασκήσεων του τέταρτου φυλλαδίου.

ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ ΠΡΟΣΟΣΜΟΙΩΣΗΣ 1, 23/03/2018 ΘΕΜΑ Α

ΑΛΓΕΒΡΑ Β ΛΥΚΕΙΟΥ - ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΕΥΣΕΙΣ ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ

ΘΕΜΑ Α. Α1. Θεωρία Θεώρημα σελ. 145 σχολικού βιβλίου. Α2. Θεωρία Ορισμός σελ. 15 σχολικού βιβλίου

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΜΕΣΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΗΡΑΚΛΕΙΤΟΣ ΚΩΛΕΤΤΗ

3.4 Οι τριγωνομετρικές συναρτήσεις

[f(x)] [f(x)] [f (x)] (x 2 + 2) x 2-2 x 2.

ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 2014 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ. β) Το πραγματικό και το φανταστικό μέρος της f1( z ) γράφονται. Οι πρώτες μερικές παράγωγοι

Δίνονται οι συναρτήσεις: f ( x)

1.1 Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις

X(s + j 2π T k)esit ds, C 1 = a + j(0,2π/t) ( ln(z) + j2πk. z i 1 dz, C = e at+j(0,2π). j2π C T

ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 2014 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Σειρές Fourier - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

ΒΑΣΙΚΑ ΟΡΙΑ. ,δηλαδή ορίζεται τουλάχιστον σ ένα από τα σύνολα (α, x. lim. lim g(x) , λ σταθερά lim g(x) (ισχύει και για περισσότερες από 2

Πανελλήνιες Εξετάσεις Ημερήσιων Γενικών Λυκείων. Εξεταζόμενο Μάθημα: Μαθηματικά Προσανατολισμού, Θετικών & Οικονομικών Σπουδών

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Λύσεις ασκήσεων 6. Οι συντελεστές του αναπτύγματος υπολογίζονται ως εξής: = y( ( 1) = 2 L. L n. = 0 Αναζητούμε αρμονική λύση για y(x) λόγω ΣΣ

3.4 ΟΙ ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ

ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ. Άλγεβρας Β τάξης Γενικού Λυκείου 2o Θέμα. Εκφωνήσεις Λύσεις των θεμάτων. Έκδοση 2 η (2/12/2014)

ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΛΥΣΕΙΣ. A1. Έστω f μια συνάρτηση παραγωγίσιμη σε ένα διάστημα (α, β), με εξαίρεση ίσως ένα σημείο

AΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ 2018

Εργασία 1 ΑΝ ΙΙΙ 07_08

ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ. Άλγεβρας Β τάξης Γενικού Λυκείου 2o Θέμα. Εκφωνήσεις Λύσεις των θεμάτων. Έκδοση 1 η (26/11/2014)

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙKΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2017

Εκφωνήσεις των θεμάτων των εξετάσεων Επεξεργασμένες ενδεικτικές απαντήσεις Ενδεικτική κατανομή μονάδων ανά ερώτημα

Πανελλήνιες Εξετάσεις Ημερήσιων Γενικών Λυκείων. Εξεταζόμενο Μάθημα: Μαθηματικά Προσανατολισμού, Θετικών & Οικονομικών Σπουδών

ΘΕΜΑ Ο Μιγαδικοί 5 Έστω w i w wi, όου w i,, R α. Να ρεθούν τα Rw και Im w. Να ρεθεί ο γεωμετρικός τόος των σημείων Μw στο μιγαδικό είεδο γ. Να ρεθεί τ

Προτεινόμενα θέματα Πανελλαδικών εξετάσεων. Μαθηματικά Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης ΕΛΛΗΝΟΕΚΔΟΤΙΚΗ

Σειρές συναρτήσεων. Τα μαθηματικά συγκρίνουν τα πιο διαφορετικά φαινόμενα και ανακαλύπτουν τις μυστικές αναλογίες, που τα ενώνουν.

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: L 2 -σύγκλιση σειρών Fourier - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΛΥΣΕΙΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΤΕΚΝΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΚΑΤΟΙΚΩΝ ΤΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ

1 η δεκάδα θεµάτων επανάληψης

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 2006 ΘΕΜΑ 12. = e dt. Να αποδείξετε ότι: ΛΥΣΗ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΛΗ 12: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι ΛΥΣΕΙΣ 4 ης ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ. 1 (γ) lim. 1/ x

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

Μία σύντομη εισαγωγή στην Τριγωνομετρία με Ενδεικτικές Ασκήσεις

( f ) ( T) ( g) ( H)

Δ Ι Π Λ Α Ο Λ Ο Κ Λ Η Ρ Ω Μ Α Τ Α

ΘΕΩΡΙΑ ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΑΣ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας

Επαναληπτικό Διαγώνισμα στα Μαθηματικά Προσανατολισμών Γ

1.2 Βασικές Τριγωνομετρικές Εξισώσεις

Ελευθέριος Πρωτοπαπάς. Εκφωνήσεις και λύσεις των ασκήσεων της Τράπεζας Θεμάτων στην Άλγεβρα Β Γενικού Λυκείου

(Ενδεικτικές Απαντήσεις) ΘΕΜΑ Α. Α1. Βλέπε απόδειξη Σελ. 262, σχολικού βιβλίου. Α2. Βλέπε ορισμό Σελ. 141, σχολικού βιβλίου

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Γ 2 κριτ.οµοιοτ. ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΙΑΒΑΘΜΙΣΜΕΝΗΣ ΥΣΚΟΛΙΑΣ ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ / ΤΑΞΗ : Β ΛΥΚΕΙΟΥ. ΜΑΘΗΜΑ: ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ «Θέµατα Β»

ΑΛΓΕΒΡΑ B ΛΥΚΕΙΟΥ. Γενικής Παιδείας ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΛΥΣΕΙΣ ΣΧΟΛΙΚΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΕΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΟΙ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ ΣΤΗΝ ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΑ

3x 2x 1 dx. x dx. x x x dx.

Θέµατα Μαθηµατικών Θετικής & Τεχν.Κατ/νσης Γ Λυκείου 2000

ΤΡΙΤΗ, 30 ΜΑΪΟΥ 2000 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Εισαγωγή στη Θεωρία Σημάτων και Συστημάτων

ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 12: ΑΣΥΜΠΤΩΤΕΣ - ΚΑΝΟΝΕΣ DE L HOSPITAL - ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

Πανελλήνιες Εξετάσεις Ημερήσιων Γενικών Λυκείων. Εξεταζόμενο Μάθημα: Μαθηματικά Προσανατολισμού, Θετικών & Οικονομικών Σπουδών

, x > 0. Β) να µελετηθεί η µονοτονία και τα ακρότατα της f. Γ) να δείξετε ότι η C f είναι κυρτή και ότι δεν υπάρχουν τρία συνευθειακά σηµεία

γραφική παράσταση της συνάρτησης f, τον άξονα x x και τις ευθείες x = 1 και x = 2. lim lim (x 3) ) = 9α οπότε: (1 e ) (x 3) (1 e )(x 3) (x 3)

7.1. Το ορισµένο ολοκλήρωµα

Πανελλήνιες Εξετάσεις Ημερήσιων Γενικών Λυκείων. Εξεταζόμενο Μάθημα: Μαθηματικά Προσανατολισμού, Θετικών & Οικονομικών Σπουδών

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. ΛΟΓΙΣΜΟΣ Ι - ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι ΑΣΚΩΝ : Χρήστος Βοζίκης

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΜΟΡΙΟΔΟΤΗΣΗ ΘΕΜΑΤΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2017

Κεφάλαιο 6. Εισαγωγή στις Σειρές Fourier

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΤΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο: ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 2: ΟΡΙΣΜΕΝΟ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑ - ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΥΡΕΣΗΣ [Κεφ: Μέρος Β του σχολικού βιβλίου].

ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2013 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Ο μαθητής που έχει μελετήσει το κεφάλαιο αυτό θα πρέπει:

Λύσεις θεμάτων προσομοίωσης-1 ο /2017 ΛΥΣΕΙΣ

ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ. εφχ = εφθ χ = κ + θ χ = κ π + θ ( τύποι λύσεων σε ακτίνια )

Για τις λύσεις συνεργάστηκαν οι μαθηματικοί: Κολλινιάτη Γιωργία. Μάκος Σπύρος. Πανούσης Γιώργος. Παπαθανάση Κέλλυ. Ραμαντάνης Βαγγέλης.

Το θεώρηµα Αλλαγής µεταβλητής και οι µετασχηµατισµοί συντεταγµένων

ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β ) ΤΕΤΑΡΤΗ 18 MAΪΟΥ 2016 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Διαφοριϰές Εξισώσεις (ΜΕΜ 271) Λύσεις Θεμάτων Εξέτασης Ιούνη 2019

(Μονάδες 15) (Μονάδες 12)

ΘΕΜΑ 1. θ (0, ). 4 α) Να δείξετε ότι οι ρίζες της εξίσωσης αυτής είναι μη πραγματικοί αριθμοί. β) Έστω z,z. Δ = 4εφ θ 4= 4(εφ θ 1) < 0 γιατί π

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

2ογελ ΣΥΚΕΩΝ 2ογελ ΣΥΚΕΩΝ ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΑ Β Λυκει ου. 2ογελ ΣΥΚΕΩΝ 2ογελ ΣΥΚΕΩΝ. 2ογελ ΣΥΚΕΩΝ 2ογελ ΣΥΚΕΩΝ. 2ογελ ΣΥΚΕΩΝ 2ογελ ΣΥΚΕΩΝ

Επαναληπτικό Διαγώνισμα Άλγεβρας Β Λυκείου

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΜΕΣΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΗΡΑΚΛΕΙΤΟΣ ΚΩΛΕΤΤΗ

Physics by Chris Simopoulos

Transcript:

ΣΕΙΡΕΣ FOURIER Θεωρία (σειρές Fourier) Εάν μιά συνάρτηση f ορίζεται σε όλο το και υάρχει αριθμός λ> τέτοιος ώστε να ισχύει: f(x)f(x+λ), x Τότε η συνάρτηση καλείται εριοδική, ο δε ελάχιστος αριθμός λ για τον οοίο ισχύει η αραάνω σχέση καλείται αρχική ερίοδος της f. Παράδειγμα Οι συναρτήσεις six, cosx είναι εριοδικές με ερίοδο, ενώ οι συναρτήσεις si λx,cosλx με λ> είναι εριοδικές με ερίοδο λ. Παρατήρηση. (γράφημα εριοδικής συνάρτησης) Αν μια συνάρτηση f είναι εριοδική με ερίοδο λ, τότε το γράφημα της f σ ένα οοιοδήοτε διάστημα [α+λ, α+(+)λ], ροκύτει αό το γράφημα της στο διάστημα [α, α+λ] με αράλληλη μετατόιση ρος τον άξονα των x, κατά λ μονάδες μήκους (εαναλαμβάνεται δηλαδή το ίδιο γράφημα). Π.χ. ένα γράφημα εριοδικής συνάρτησης είναι και το αρακάτω Αν η f ορίζεται στο διάστημα ( λ, λ) και εκτός του ( λ, λ) T λ, οι αριθμοί είναι εριοδική με ερίοδο ao λ f( x) dx λ λ a λ x f( x)cos λ dx με,,3,... λ λ λ x β f ( x)si d λ x με,,3,... λ λ καλούνται συντελεστές Fourier της συνάρτησης f. 9

Η σειρά συναρτήσεων καλείται σειρά Fourier της συνάρτησης f. ( a cos x+ β si x) Παρατήρηση.. Αν η f(x) είναι άρτια (δηλαδή f ( x) f( x), το γράφημα είναι συμμετρικό ως ρος τον άξονα των y) θα έχουμε β N. Αν η f(x) είναι εριττή (δηλαδή f ( x) f( x), το γράφημα είναι συμμετρικό ως ρος την αρχή των αξόνων) θα έχουμε a N 3. Αν λ δηλαδή η f ορίζεται στο διάστημα (, ) τότε οι αραάνω τύοι γίνονται : ao f( x) dx, a f( x)cosx dx, β f ( x)six dx Ανάλογα αν η f(x) ορίζεται στο διάστημα (, ) και έξω αό αυτό εεκτείνεται εριοδικά, τότε οι αραάνω τύοι γίνονται: ao f( x) dx, a ( x)cosx f dx, β f ( x)six dx Εφαρμογές Να ανατυχθούν σε σειρά Fourier, κάθε μία αό τις αρακάτω συναρτήσεις (να γίνει και η γραφική τους αράσταση ρώτα). f ( x) x x [, ). f ( x) x x [, ) 3. f ( x) x x [, ) 4. f ( x) six x 9

Λύση. f ( x) x x [, ) Η f(x) είναι άρτια (το γράφημα είναι συμμετρικό ως ρος τον άξονα των y) β Υολογισμός a άσκηση αυτοαξιολόγησης σελίδας 9 βιβλίου. f ( x ) x x [, ) Η f(x) είναι εριττή (το γράφημα είναι συμμετρικό ως ρος την αρχή των αξόνων) a Υολογισμός βιβλίου β αράδειγμα σελίδας 93 3. f ( x) x x [, ) Εδώ a o x 4 xdx 4 ' a x cos xdx (αραγοντική ολοκλήρωση) xsi x si xdx (;) o Ακόμα xcosx β xsi xdx * si x + cosx x x *( xsixdx x - dx- cosx+ cosxdx- cosx+ six+c) cos cos si si + + + () 9

Άρα f(x) β six (-) six- six 4. f ( x) six x < & f(x+)f(x), x Η f(x) είναι άρτια (το γράφημα συμμετρικό ως ρος τον άξονα των y) β και έτσι έχουμε: άρα a o Ακόμα sixdx sixdx+ sixdx λ ( ) sixdx -cosx a si x cos xdx si x cos xdx * ( si( ) x si( ) x) dx + + + + ( si( + ) x+ si( ) x) dx cos( + ) x cos( ) x cos( + ) x cos( ) x + o o + 4 + ( ) ( ) - αν άρτιος + ( -) + αν εριττός Γιατί αν εριττ ός άρτιος + ( ) Άρα τελικά 4 4 si x cos x cos 4 x... 3 5 cos + x cos( + ) cos *Ισχύει si a cos β ( si( a+ β) + si( a β) ) 93

Θεωρία (Σύγκλιση και άθροισμα της σειράς Fourier) Μιά συνάρτηση f :[α,β] καλείται τμηματικά λεία, αν υάρχει εερασμένη διαμέριση του [α,β] τέτοια ώστε α α <α <α <...<α β α) η αράγωγος της f υάρχει και είναι συνεχής σε κάθε υοδιάστημα [α k, α k+]. β) υάρχουν τα λευρικά όρια της αραγώγου f(α +), f(α -) k,,...,-. k k Θεώρημα. (Dirichlet) Αν f είναι μιά εριοδική συνάρτηση με ερίοδο λ. Αν η f είναι τμηματικά λεία στο διάστημα [α, α+λ], τότε η σειρά Fourier της συγκλίνει σε κάθε x στην τιμή ( cos + β si x ) a x f(x+)+f(x-) Ειδικότερα, αν η f είναι συνεχής στο σημείο x τότε η σειρά Fourier της συγκλίνει στη τιμή f(x). Παρατήρηση 3.. Όταν η σειρά Fourier της συνάρτησης f στο σημείο x συγκλίνει και έχει άθροισμα την, τότε γράφουμε: f(x) ( β ) f ( x) a cosx + six. Όταν η σειρά Fourier της συνάρτησης f στο σημείο x συγκλίνει στην τιμή f(x) σε κάθε σημείο του διαστήματος, τότε λέμε ότι η συνάρτηση ανατύσεται σε σερά Fourier. 94

Εφαρμογές. Να ανατυχθεί σε σειρά Fourier η εριοδική συνάρτηση f: Λύση x < f(x) & f(x+)f(x) x x x < Στη συνέχεια να βρεθεί η τιμή του ανατύγματος στα σημεία ότι: +... + + + 8 3 5 7 Η γραφική αράσταση της συνάρτησης δίνεται αρακάτω x,x και να δειχθεί Εδώ λ. Άρα: o dx+ (-x)dx a Ακόμα: - six x x a cosxdx+ (-x)cosxdx - six+ cosx - - εριττός - ( cos- ) ( -( -) ) άρτιος Ακόμα cos(x) x x β si(x)dx+ (-x)si(x)dx cos(x)+ si(x) - - εριττός cos( ) 3 - [ cos(-) ] - cos() + άρτιος Άρα η σειρά Fourier της εριοδικής συνάρτησης f είναι η 95

cos(x)+ cos(3x)+ cos(5x)+... + -si(x)+ si(x)- si(3x)+ si(4x)... 3 5 3 4 Εειδή η συνάρτηση f είναι τμηματικά λεία στα διαστήματα (-, ) και (,) έχουμε: f(x) cos(x)+ cos(3x)+ cos(5x)+... + -si(x)+ si(x)- si(3x)+... 3 5 3 (*) για κάθε x (,) (,). Το σημείο x είναι σημείο ασυνεχείας της συνάρτησης. Στο σημείο αυτό δεν ισχύει ο τύος (*), αλλά η σειρά του αριστερού μέλους της (*) συγκλίνει στην τιμή + f(+)+f(-) 4 Δηλαδή έχουμε: ( + + + +...) (θέτοντας x στο δεξί μέλος της (*)), αό 4 3 5 7 όου + + + +... 8 3 5 7 ( ) Το σημείο x είναι σημείο ασυνεχείας της συνάρτησης. Στο σημείο αυτό η σειρά του αριστερού μέλους της (*) συγκλίνει στην τιμή + f(+)+f(-) 4 Δηλαδή έχουμε: (...). 4 3 5 7. Δίνεται η συνάρτηση f: x < f(x) x + x < & f(x+ )f(x) x x x < 96

Να εαναροσδιοριστεί η f στα σημεία x-, x, x 3 έτσι ώστε η σειρά Fourier της f να αριστάνει την f στο. Λύση Η συνάρτηση f είναι τμηματικά λεία στο διάστημα [-,] και συνεχής στα σημεία x (,) (, ) (, ). Άρα η σειρά Fourier της f (σύμφωνα με το Θεώρημα του Dirichlet) συγκλίνει στην f(x) για κάθε x (,) (, ) (, ). Τα σημεία x-, x, x 3 είναι σημεία ασυνέχειας της f, εομένως στα σημεία αυτά η συνάρτηση ρέει να εαναροσδιοριστεί χρησιμοοιώντας τις ισότητες: f(-+)+f(--) + f(-) f(+)+f(-) + f() f( +)+f( -) + + +3 f( ) 4 για να αριστάνει η σειρά Fourier της f τη συνάρτηση f για κάθε x [-,) (άρα και για κάθε x ). 3. α) Να υολογισθεί η σειρά Fourier της εριοδικής συνάρτησης f(x), με ερίοδο, της οοίας ο εριορισμός στο διάστημα (-, ) δίνεται αό τον ακόλουθο τύο: f(x) x+, x [-,) -x+, x, [ ] β) Με τη βοήθεια της σειράς Fourier να υολογισθεί το άθροισμα : ( ) Λύση (α) Στο αρακάτω σχήμα αεικονίζεται η γραφική αράσταση της f(x) στο [-, ], 97

.5.5-6 -4-4 6 -.5 - -.5 Η f είναι άρτια. Πράγματι, για x > έχουμε x < και f ( x) ( x) + x+ f( x), ενώ για x < είναι x > και f ( x) ( x) + f( x). Συνεώς στο ανάτυγμα Fourier της f θα έχουμε β,,,... δηλ. f (x) α cos(x), όου α f (x) dx (x + )dx + ( x + )dx x ( + x x + ( + x ενώ για,,, έχουμε α f (x) cos(x)dx + + (x )cos(x)dx ( x + )cos(x)dx si(x) Έστω I (x) (x + )cos(x)dx (x + ) ( ) dx si(x) si(x) si(x) cos(x) (x + ) dx (x + ) + + c. Τότε I (x + )cos(x)dx (I(x) I() I( ) ( ) ( ). Για το δεύτερο ολοκλήρωμα 98

J ( x + )cos(x)dx θέτω Συνεώς ( x + )cos( x)dx, t x και dt dx. Τότε για x, έχουμε αντίστοιχα t,. J (t + )cos(t)dt + (t + )cos(t)dt ( ) I [ Η ισότητα των Ι και J οφείλεται στο γεγονός ότι η f είναι άρτια και η γραφική της αράσταση έχει άξονα συμμετρίας τον y y.]. ( ) Έτσι, α,,,... Παρατηρούμε ότι οι όροι άρτιας τάξης της ακολουθίας αυτής μηδενίζονται, δηλ. για κάθε k ( ) k,,3,..., α k, ενώ ειβιώνουν οι υόλοιοι όροι (k) k ( ) 4 α k, k,,... (k ) (k ) ( ) 4 Άρα f (x) cos(x) cos[ (k )x. ] (γιατί;) (k ) k (β) Η συνάρτηση f είναι συνεχής στο [-.) και στο (,] σαν ολυωνυμική, ενώ είναι συνεχής στο σημείο x, αφού lim f (x) lim f (x) f (). x + x Έτσι, είναι συνεχής στο [-,] και ειλέον f ( ) f ( ). Συνεώς, η εριοδική της εέκταση στο η αντίστοιχη σειρά θα συγκλίνει στην τιμή ερώτημα, η συνέχεια της f στο σημείο θα είναι συνεχής σε κάθε σημείο. Για κάθε f (x). (βλ. σελ. 94). Για το συγκεκριμένο x εξασφαλίζει ότι x f ( ) k 4 (k ) cos [(k ) ] 4 ή ( ) (k ) k ή k (k ) 8. 99

Στα σχήματα ου ακολουθούν αεικονίζεται η f μαζί με την σειρά, αν διατηρήσουμε τους,,3,4 ρώτους όρους, αντίστοιχα..5.5-6 -4-4 6 -.5 - -.5 4 cosx.5.5-6 -4-4 6 -.5 - -.5 4 4 cosx+ cos3x 9

.5.5-6 -4-4 6 -.5 - -.5 4 4 4 cosx+ cos3x+ cos5x 9 5.5.5-6 -4-4 6 -.5 - -.5 4 4 4 4 cosx+ cos3x+ cos5x+ cos7x 9 5 49 4. Να ανατυχθεί σε σειρά Fourier η εριοδική συνάρτηση f: x < f(x) & f(x+)f(x) x x x < Να οριστεί η τιμή της f στο σημείο x- έτσι ώστε το ανάτυγμα να ισχύει για κάθε x [,) και στη συνέχεια να δειχθεί ότι: (α) + + + +... 6 3 4

+ (β) - + - +... (-) (γ) Λύση 3 4 + + + +... 8 3 5 7 ( Η γραφική αράσταση της συνάρτησης δίνεται αρακάτω ) Εδώ λ. Άρα: Ακόμα: 3 x a o f(x)dx x dx 3 6 - x 3 - a f(x)cos(x)dx x cos(x)dx... si(x)+ xcos(x)- si(x) ( ) cos() - Είσης x 3 - β f(x)cos(x)dx x si(x)dx... - cos(x)+ x si(x)+ cos(x) - cos()+ cos()- 3 3- (-) + 3 (-) - 4 - εριττός 3 - άρτιος Άρα η σειρά Fourier της εριοδικής συνάρτησης f είναι η

4 4 4 + -cosx+ cos()- cos(3x)+... +(- )si(x)+( - )si(3x)+( - )si(5x)+... 3 3 6 3 3 3 5 5 - si(x)+ si(4x)+ si(6x)+... 4 6 Άρα : 4 4 4 f(x) + -cosx+ cos(x)- cos(3x)+... +(- )si(x)+( - )si(3x)+( - )si(5x)+... 3 3 6 3 3 3 5 5 - si(x)+ si(4x)+ si(6x)+... (**) 4 6 για κάθε x (-,), εειδή η f είναι τμηματικά λεία και συνεχής στο διάστημα αυτό. Το σημείο x είναι σημείο συνεχείας της συνάρτησης (άρα στο σημείο ισχύει ο τύος της (**)). Θέτοντας λοιόν x στην (**) έχουμε + ( ) 6 3 4 3 4 + -+ + -... - + - +... - ούναι η (β). Για να ισχύει ο τύος της (**) και στο σημείο x- (σημείο ασυνέχειας της συνάρτησης f), ρέει να ορίσουμε την τιμή της f στο σημείο αυτό αό την ισότητα f(-+)+f(--) + f(-) (***) (τιμή στην οοία συγκλίνει, λόγω της ασυνέχειας, το δεξί μέλος της (**)). Χρησιμοοιώντας την (***) και θέτοντας x- στην (**), έχουμε: + + + + +... + + +... + 6 3 4 6 3 4 3

ούναι η (α). Τέλος, ροσθέτοντας τις (α) και (β) έχουμε: 3 + + +... + + +... + 3 5 8 3 4 (-) ούναι η (γ). 5. Μια συνάρτηση f ικανοοιεί τις συνθήκες f ( x) f (x) και f (x + ) f (x). Να δείξετε ότι οι μόνοι μη μηδενιζόμενοι συντελεστές Fourier είναι οι συντελεστές των όρων cos( + )x για,,,... Λύση Αφού η f είναι άρτια, όλοι οι συντελεστές των si(x) μηδενίζονται και η συνάρτηση ειδέχεται το ανάτυγμα Fourier όου a f ( x) cos( x) dx f ( x) α cos( x ) f ( x) cos( x) dx + f ( x) cos( x) dx Αν t x, τότε f ( x) cos( x) dx f ( t + ) cos( + t) dt f ( t)[cos( ) cos( t) si( )si( t)] dt ( ) f ( t) cos( t) dt Συνεώς a ( ( ) ) ) f ( x) cos( x dx,,,, Άρα α k, k,,,,ενώ α k + f ( x) cos((k + ) x) dx, k,,, 4