FOURIEROVI REDOVI I INTEGRALI

Σχετικά έγγραφα
FURIJEOVI REDOVI ZADACI ( II

Dodatak B. Furijeovi redovi. Posmatrajmo na intervalu [ l, neku funkciju f (x)

Analitička geometrija i linearna algebra. Kartezijev trodimenzionalni pravokutni koordinatni sustav čine 3 međusobno okomite osi: Ox os apscisa,

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL PREGLED DEFINICIJA I FORMULA ZA PISANI DIO ISPITA IZ MATEMATIKE 2

Skripta za usmeni ispit iz IM1

Mate Vijuga: Rijeseni zadaci iz matematike za srednju skolu 2. ARITMETICKI I GEOMETRIJSKI NIZ, RED, BINOMNI POUCAK. a n ti clan aritmetickog niza

Rijeseni neki zadaci iz poglavlja 4.5

= + injekcija. Rješenje 022 Kažemo da funkcija f ima svojstvo injektivnosti ili da je ona injekcija ako vrijedi

7 neg. ( - ) neg. ( - ) poz. (+ ) poz. (+ )

OBRASCI ELEMENTARNE MATEMATIKE SY jun 2008.

7. ELEMENTARNE FUNKCIJE

4 INTEGRALI Neodredeni integral Integriranje supstitucijom Parcijalna integracija Odredeni integral i

Općenito, iznos normalne deformacije u smjeru normale n dan je izrazom:

2.6 Nepravi integrali

skupa prirodnih brojeva u skup realnih brojeva, nazivamo realnim nizom.

Geodetski fakultet, dr. sc. J. Beban-Brkić Predavanja iz Matematike 1 8. NIZOVI

GRANIČNE VREDNOSTI FUNKCIJA zadaci II deo

Nacionalni centar za vanjsko vrednovanje obrazovanja MATEMATIKA

PREGLED DEFINICIJA I FORMULA ZA 2. KOLOKVIJ IZ MATEMATIKE 1 (pomagalo dozvoljeno na kolokviju)

α =. n n n Vježba 001 Koliko stranica ima pravilni mnogokut ako jedan njegov unutarnji kut iznosi 144? Rezultat: n = 10.

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

NEJEDNAKOSTI I PRIMENE

Odred eni integrali. Osnovne osobine odred enog integrala: f(x)dx = 0, f(x)dx = f(x)dx + f(x)dx.

ТЕМПЕРАТУРА СВЕЖЕГ БЕТОНА

Dvanaesti praktikum iz Analize 1

4. Trigonometrija pravokutnog trokuta


(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

KUPA I ZARUBLJENA KUPA

Matematika - usmeni dio ispita Pitanja i rješenja

2. Ako je funkcija f(x) parna onda se Fourierov red funkcije f(x) reducira na Fourierov kosinusni red. f(x) cos

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET SARAJEVO

Uvođenje pojma određenog integrala u srednjoškolskoj nastavi matematike 1

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

VALJAK. Valjak je geometrijsko telo ograničeno sa dva kruga u paralelnim ravnima i delom cilindrične površi čije su

7 Algebarske jednadžbe

4. Relacije. Teorijski uvod

OSNOVE TRIGONOMETRIJE PRAVOKUTNOG TROKUTA

( ) p a. poklopac. Rješenje:

PREGLED MINIMALNIH ZNANJA IZ MATEMATIKE ZA ZANIMANJA:

PIRAMIDA I ZARUBLJENA PIRAMIDA. - omotač se sastoji od bočnih strana(najčešće jednakokraki trouglovi), naravno trostrana piramida u omotaču

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

radni nerecenzirani materijal za predavanja

DETERMINANTE I MATRICE

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

CHAPTER 103 EVEN AND ODD FUNCTIONS AND HALF-RANGE FOURIER SERIES

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

Operacije s matricama

POTPUNO RIJEŠENIH ZADATAKA PRIRUČNIK ZA SAMOSTALNO UČENJE

Teorijske osnove informatike 1

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

Rešenja A/2 kolokvijuma iz predmeta MERNI SISTEMI U TELEKOMUNIKACIJAMA 10. januar 2006.

Zavrxni ispit iz Matematiqke analize 1

1.4 Tangenta i normala

18. listopada listopada / 13

II. ANALITIČKA GEOMETRIJA PROSTORA

Mališa Žižoviæ Olivera Nikoliæ

I N Ž E N J E R S K A M A T E M A T I K A 1

Uvod u teoriju brojeva

( x) ( ) dy df dg. =, ( x) e = e, ( ) ' x. Zadatak 001 (Marinela, gimnazija) Nađite derivaciju funkcije f(x) = a + b x. ( ) ( )

I N Ţ E N J E R S K A M A T E M A T I K A 1

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

Funkcija gustoće neprekidne slučajne varijable ima dva bitna svojstva: 1. Nenegativnost: f(x) 0, x R, 2. Normiranost: f(x)dx = 1.

I N Ž E N J E R S K A M A T E M A T I K A 1

I S L A M I N O M I C J U R N A L J u r n a l E k o n o m i d a n P e r b a n k a n S y a r i a h

Periodičke izmjenične veličine

A MATEMATIKA Zadana je z = x 3 y + 1

dužina usmjerena (orijentirana) dužina (zna se koja je točka početna, a koja krajnja) vektor

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

Akvizicija tereta. 5660t. Y= masa drva, X=masa cementa. Na brod će se ukrcati 1733 tona drva i 3927 tona cementa.

Vježba 1. Analiza i sinteza sistema regulacije brzine vrtnje istosmjernog motora

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE OŠTROG UGLA

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

SLIČNOST TROUGLOVA. kažemo da su slične ( sa koeficijentom sličnosti k ) ako postoji transformacija sličnosti koja figuru F prevodi u figuru F

Beskonačni redovi 1.1 BROJEVNI REDOVI. Beskonačni brojevni red (numerički red, red sa konstantnim članovima) predstavlja sumu u :

c = α a + β b, [sustav rješavamo metodom suprotnih koeficijenata]

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

KOMUTATIVNI I ASOCIJATIVNI GRUPOIDI. NEUTRALNI ELEMENT GRUPOIDA.

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

21. ŠKOLSKO/OPĆINSKO/GRADSKO NATJECANJE IZ GEOGRAFIJE GODINE 8. RAZRED TOČNI ODGOVORI

ČETVOROUGAO. β 1. β B. Četvorougao je konveksan ako duž koja spaja bilo koje dve tačke unutrašnje oblasti ostaje unutar četvorougla.

GIBANJE (m h) giba miruje giba giba miruje miruje h 1000 :1000 h 1 h h :1000 1

3n an = 4n3/2 +2n+ n 5n 3/2 +5n+2 n a 2 n = n 2. ( 2) n Dodatak. = 0, lim n! 2n 6n + 1

pismeni br : Odrediti interval konvergencije reda = 11.2: Metodom varijacije konstante odrediti opće rješenje jednadžbe ( x

IZVODI ZADACI (I deo)

Sume kvadrata. mn = (ax + by) 2 + (ay bx) 2.

Zadaci sa prethodnih prijemnih ispita iz matematike na Beogradskom univerzitetu

Rješenje: F u =221,9 N; A x = F u =221,9 N; A y =226,2 N.

Moguća i virtuelna pomjeranja

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

METODA SEČICE I REGULA FALSI

FORMULE VEZANE UZ MATEMATIČKE KOLEGIJE PREDDIPLOMSKOG STUDIJA

ZBIRKA POTPUNO RIJEŠENIH ZADATAKA

Zadaci iz Osnova matematike

PRIMJER 3. MATLAB filtdemo

Transcript:

FOURIEROVI REDOVI I INEGRALI Pri rješvju rzličitih ižijerskih prole koriste se periodičke fukcije. Pojvljuju se pod terio periodičke fukcije, u ovu skupiu spdju trigooetrijske fukcije, sius i kosius, koje iju vžost u prktičoj prijei, vode s do Fourierovih redov. Ie su doili po frcusko fizičru Josephu FOURIERU (768-83), vže su pri rješvju prole vezih uz oiče i prcijle diferecijle jeddže. Rzotrit ćeo osove pojove i čijeice veze uz Fourierove redove, ko i prijeu izov eke tehičke prolee u ižejerskoj prksi. 8. Periodičke fukcije. rigooetrijski izovi Z fukciju f(x) kžeo d je periodičk fukcij ko je defiir z svki x koji je eleet skup R relih rojev i ko postoji tkv pozitiv roj d vrjedi: () f(x + ) = f(x) Broj se td zove period fukcije f(x).. Njji pozitiv period fukcije f(x), koj ije kostt, češće se ziv priitivi period od f(x). Npr. priitivi periodi fukcije six i fukcije si x su p odoso p. Grfovi tkve fukcije doijju se periodički povljje grf uutr ilo kojeg itervl duljie period. Iz tog proizlzi d z ilo koji cijeli roj : f(x + ) = f(x) dkle svki višekrtik f ( x) = c g ( x) = cg ( x) + c g( x) +... ( ) od tkođer je = period te fukcije. Ako fukcije f(x) i g(x) iju period td će i fukcij h(x) = f(x) + g(x) iti period. (, kostte)

Stdrdi prijeri periodičih fukcij su siuse i kosiuse fukcije i poijeo d su fukcije f = c = cost tkođer periodičke fukcije u sislu defiicije, jer zdovoljvju uvjet () z svki pozitiv period. Nš prole it će prikz rzličitih fukcij s periodo p ko što su:. cos x, si x, cos x, si x,..., cos x, six x,... Redovi koji se pojvljuju uutr ovog poglvlj ogu se zpisti u oliku trigooetrijeskog t izrz: () + cos x + si x + cos x + si x +... gdje su,,,...,,,...... rele kostte. Ovkvi redovi se zivju trigooetrijski redovi, človi i se zivju koeficijeti trigooetrijskog red. Vidljivo je d svki čl ovog red i period p. Ako trigooetrijski red kovergir, su će iti fukcij s periodo p.

Slik. Sius i kosius fukcij i period p Periodičke fukcije koje se pojvljuju u ižejerski prolei su često koplicire i poželjo je predočiti tkve fukcije ko jedostve periodičke fukcije. Vidljivo je d se ilo koj periodičk fukcij f(x) s periodi p ože proksiirti trigooetrijski redo, koeficijeti u () ogu se izvesti u terii fukcije f(x). (Prijeri vezi uz vircije i oscilcije). 8. Fourierovi redovi. Eulerove forule Pretpostvio d je f(x) periodičk fukcij s periodo p, koju ožeo prikzti trigooetrijski redo. () f ( x) = + ( cos x + si x) = Želio odrediti koeficijete i u odgovrjuće redu (). Prvo izrčuvo koeficijet iegrirjući izrz () s oje stre od p do p: f ( x) = + ( cosx + si x) = Prcijl itegrcij dje sljedeću jedkost:

f ( x) = + ( cosx + si x) = Prvi dio izrz desoj stri jedk je p dok su ostli itegrli izrzi jedki uli, te provedo itegrcije doivo: () = f ( x) Područje ispod krivulje fukcije f(x) od p do p podijelje s p. Sd ćeo redo izrčuti koeficijete,..., po sličo postupku. Možit ćeo s cos x, gdje je ilo koji fiksi pozitiv roj. Slijedi: (3) f ( x) cos x = + ( cos x + si x cos x = Itegrirjući čl po čl etodo prcijle iegrcije proizlzi d je des str jedk: cos x + cos xcos x + si x cos x = Prvi itegrl i zdji itegrl jedki su uli zto jer je poditegrli izrz epr fukcij. Prijejujući svojstv prosti i eprosti fukcije drugi itegrl doivo izrz: cos x cos x = cos( + ) + cos( ) U ovoj foruli prvi itegrl s dese stre jedk je uli z svki i koji se uziju u ozir i posljedji itegrl tkođer je jedk uli kd je Proizlzi d je des str (3) jedk: (4) = f ( x)cos x ili izosi p z svki =. Kočo ožeo izrčuti koeficijete,,... u () pri čeu ožio s si x, gdje je ilo koji fiksi pozitiv roj. Itegrcijo doiveog izrz od p do p doivo: (5) f ( x)si x = + ( cos x + si x si x =

Itegrirjući čl po čl etodo prcijle itegrcije, vidio d je des str izrz jedk: si x + cos xsi x + si xsi x = Prvi iegrl jedk je uli. Sljedeći itegrl je poput oi koji su rztri rije i tkođer je jedk uli z svki =,,... Posljedji itegrl ože se trsforirti u izrz () i doivo: six six = cos( ) x cos( + ) x Posljedji čl ovog izrz jedk je uli. Prvi čl s dese stre jedk je uli z svki ili izosi p z svki =. Ko i u izrzu (5) i ovj je čl poože fktoro. Des str izrz (5) postje p, dkle: = f ( x)si x Upisujući ujesti u ovu forulu i u (4), zjedo ćeo doiti Euerove forule: () = f ( x) (6) () (c) = f ( x)cos x = f ( x)si x D periodičk fukcije f(x) s periodo p dt će koeficijete, i, pre (6) i ogućost olik trigooetrijskog iz: + cos x + si x + cos x + si x +... + cos x + si x +... (7) Ovj red se ziv Fourierov red i odgovr f(x) i jee koeficijete zivo Fourierovi koeficijeti fukcije f(x).

Zog periodičosti poditegrlih fukcij, itegrl itegrcije u (6) ože se zjeiti s ilo koji itervlo duljie p, pr. itervl x. Iz defiicije određeog itegrl slijedi čijeic d ko je fukcije f(x) eprekiut ili so po dijelovi eprekiut itegrl te fukcije u (6) postoji i ožeo izrčuti Fourierove koeficijete z du fukciju pre (6). EOREM : Ako io periodičku fukciju f(x) s periodo p koj je djeloičo eprekid uutr itervl x i ukoliko postoji je derivcij i s lijeve i s dese s tre u svkoj točki uutr itervl itegrcije td z odgovrjuci Fourierov red kžeo d je koverget. PRIMJEDBA: Ukoliko Fourierov red odgovrjuće fukcije f(x) kovergir, ko što je ojšjeo u teoreu, red se ziv Fourierovi redo fukcije f(x) p ožeo pisti: f ( x) = + cos x + si x + cos x + si x +... + cos x + si x +... i kžeo d f(x) predstvlj Fourierov red dotiče fukcije. Kko je ovj iz koverget i ovodoivei red it će suu jedku sui origilog red p ožeo pisti: f ( x) = + cos x + si x = 8.3 Pre i epre fukcije Fukcij g = g(x) je pr ko vrijedi d je g(x) = g(-x). ipiči prijeri pre i epre fukcije di su sljedeći grfovi: Grf ovkvih fukcij sietrič je s oziro orditu. Z fukciju h(x) kžeo d je epr ko vrijedi h(-x) = -h(x). Fukcij cos x je pr fukcij dok je si x epr fukcij. Ako je fukcij g(x) pr fukcij td vrijedi: () g( x) = g( x) Ako je fukcij h(x) epr td vrijedi :

() h( x) = Forule () i () proizlze iz grfov tih fukcij što se vidi s grfov fukcij g i h. Produkt fukcij q = gh, pri čeu je g pr fukcij, h epr fukcij je epr fukcij jer: [ ] q( x) = g( x) h( x) = g( x) h( x) = q( x) Stog ko je fukcij f(x) pr td f si x u (6c) posljedjeg poglvlj epr i Fourierov koeficijet =. Sličo ko je fukcij f(x) epr td je i fukcij f cos x ( ) u (6) tkođer epr, koeficijet =. Iz ovog i relcije () proizlzi EOREM. Fourierov red ilo koje pre periodičke fukcije s periodo p je kosiusi Fourierov red koji zpisujeo: (3) f ( x) ( cos x) = + s koeficijeti... = (4) = f ( x) Fourijerov red ilo koje epre periodičke fukcije period p je tzv. siusi Fourierov red koji zpisujeo: (5) = f ( x)cos x s koeficijeti = f ( x)si x pr. Fukcij f(x) u prijeru poglvlj 8 je pr fukcij i stog je prikz siusi Fourierovi izo. Dljj pojedostvljej proizlze iz sljedećeg teore 8.4 Fukcije koje iju proizvolj period Prijelz iz fukcije period p fukcije koje iju period priličo je jedostv zog togšto se ože provesti izje skle. Nie, ko je f(t) fukcij period, td

ožeo uvesti ovu vrijlu x tko d ov fukcij, ko fukcij od x, i period p. Ako stvio: () () () t = x proizlzi x = t + Odvde proizlzi d je x =, odgovrjući t = / što zči d je f fukcij vrijle x + s periodo p i ožeo ispisti Fourierov red u sljedeće oliku. () f ( x) = f ( x) = + ( cos x + si x) = čije koeficijete doivee iz jeddže (6) zpisujeo u ovo oliku i rčuo pre sljedeći forul () = f ( x) (6) () (c) = f ( x)cos x = f ( x)si x Možeo prijeiti i ove forule direkto li projeo period pojedostvljujeo jeddžu: x = t slijedi = dt Itervl itegrcije se jej i postje: t Pre toe uporo Eulerovih forul doivo: () (3) () / = / / / f ( t) dt = f ( t)cos dt =,...

(c) / = f ( t)si dt / Z Fourierove koeficijeete fukcije f(t), Fourierov red u koje je vrijl x zjeje vrijlo t i sljedeći olik: (4) f ( t) = + ( cos t + si t) = Itervl itegrcije u jeddži (3), ože se zjeiti s ilo koji itervlo duljie. Prijerice itervl t. Iz teore () u poglvlju 8.3 doivo slijedeći izrz: EOREM. Fourierov red pre fukcije f(x) period je kosiusi Fourierov red : (5) f ( t) = + cos t s koeficijeti: (6) / = = f ( t) dt / 4 = f ( t)cos tdt =,... Fourierov red epre fukcije f(t) period je siusi Fourierov red z koji vrijedi: (7) f ( t) = si t = s koeficijeti: (8) / 4 = f ( t)si tdt 8.5 Poluperiodičko prošireje red Nek fukcij f(x) i period =l. Ako je t fukcij pr iz teore () slijedi d je Fourierov red kosiusi: () f ( t) = + cos t ( f pr fukcij ) l s koeficijeti: =

() = f ( t) dt l l l = f ( t) cos tdt l =,... l Ako je fukcij f(x) epr fukcij doiv se Fourierov siusi red: (3) f ( t) = si t ( f epr fukcij ) l = s koeficijeti: (4) = f ( t)si tdt l l f (t) t - l l () periodičko povljje pre fukcije period l f (t) t -l l () periodičko povljje epre fukcije period l

Ortogole fukcije Nek su g (x) i g (x) rele fukcije koje su defiire u itervlu x i ek postoji itegrl produkt g( x) g( x) to itervlu. Itegrl ćeo ozčiti ko ( g, g ). Pre toe: () ( g, g ) g ( x) g ( x) = Z fukcije kžeo d su ortogole u itevlu x ko je itegrl () jedk uli: () ( g, g ) = g( x) g ( x) = ( ) Skup relih fukcije g( x), g( x), g3( x ),... zoveo ortogoli skup fukcij u itervlu x ko su te fukcije defiire u to itervlu i ko su jedke uli z prove rzličitih fukcije u to skupu. Ne-egtiv korije od ( g, g ) se zove or od g ( x ) i oičo se ozčv s g ; pre toe (3) = (, ) = ( ) g g g g x Osov pretpostvk. Sve fukcije koje se pojvljuju su ogričee i iju svojstvo d itegrli koji se pojvljuju postoje i d jihove ore su jedke uli. Ortogoli skup g, g... u iervlu x čije fukcije iju oru zdovoljv relciju: =,,... (4) ( g, g ) = g ( x) g ( x) = { = =,,... kv skup se ziv ortoorir skup fukcij u itervlu x. Vidljivo je d iz ortogolog skup ožeo doiti ortoorir skup djeljeje svke fukcije s jezio oro u itervlu koji rtro. Gledjući izvod Eulerove forule (6) iz poglvlj 8.

() = f ( x) (6) () (c) = f ( x)cos x = f ( x)si x z Fourierove koeficijete, vidio d so jedio slijedili čijeicu d je skup,cos x,si x,cos x,si x,... ortogol itervlu duljie. o upućuje ogućost prikz zde fukcije f(x) pooću ilo koje ortogole filije f x f x olik: f ( x) = c g ( x) = cg ( x) + c g( x) +... (6) ( ), ( ),... = Ako tj red kovergir i predočuje f(x) zivo g geerlizir Fourierov red fukcije f(x), jegove koeficijete zivo Fourierovi kostt fukcije f(x) s oziro tj ortogoli skup fukcij. D odredio koeficijete, ožio oje stre izrz (6) s g( x) i itegriro u itervlu x u koje su fukcije ortogole (pretpostvio d je prcijlo itegrirje dopušteo) i doivo: = = f ( x) g ( x) c g ( x) g ( x) Doijo itegrl = koji je jedk kvdrtu izos g uli jer su fukcijeeđusoo ortogole. Pre toe: (7') fg = c g,dok su ostli itegrli jedki tj, (7) c = f ( x) g ( ) x g Ako je skup fukcije ortoorir td Fourierove kostte zdovoljevju Besselovu ejedkost: (8) 3... ( ) c + c + c + f x Zto red lijevoj stri kovergir p: c pri