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

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

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Προσεγγίσεις της µονάδας και Αθροισιµότητα - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Κεφάλαιο 7. Εισαγωγή στην Ανάλυση Fourier.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: L p Σύγκλιση. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Τίτλος Μαθήματος: Ειδικές Συναρτήσεις

L 2 -σύγκλιση σειρών Fourier

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Ολοκλήρωµα Riemann και ολοκλήρωµα Lebesgue - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Προσεγγίσεις της µονάδας και Αθροισιµότητα. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

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

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

Λύσεις μερικών ασκήσεων του τέταρτου φυλλαδίου.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΑΝΑΠΤΥΞΕΩΣ ΠΕΡΙΟ ΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΣΕΙΡΑ FOURIER

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Το ϑεώρηµα παρεµβολής του Riesz και η ανισότητα Hausdorff-Young. Απόστολος Γιαννόπουλος.

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

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙKΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

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

Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Χώροι L p - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Μετασχηµατισµός Fourier. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

< 1 για κάθε k N, τότε η σειρά a k συγκλίνει. +, τότε η η σειρά a k αποκλίνει.

1 η δεκάδα θεµάτων επανάληψης

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Ολοκλήρωµα Lebesgue - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12)

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.

Επαναληπτικό Διαγώνισμα στα Μαθηματικά Προσανατολισμών Γ

Προσεγγίσεις της µονάδας και Αθροισιµότητα

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

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

Ασκήσεις για το µάθηµα «Ανάλυση Ι και Εφαρµογές» (ε) Κάθε συγκλίνουσα ακολουθία άρρητων αριθµών συγκλίνει σε άρρητο αριθµό.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Θεωρία Τελεστών. Ενότητα: Χώροι µε νόρµα - Χώροι Hilbert. Αριστείδης Κατάβολος. Τµήµα Μαθηµατικών

f p = lim (1 a n ) < n=0

Υπόδειξη. (α) Άµεσο αφού κάθε υποσύνολο µηδενικού συνόλου είναι µετρήσιµο.

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)

ΜΔΕ Άσκηση 6 Α. Τόγκας

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

Τριγωνοµετρικές εξισώσεις - Εσωτερικό γινόµενο διανυσµάτων

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Χώροι L p. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

ÈÅÌÁÔÁ 2008 ÏÅÖÅ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. ΘΕΜΑ 1 ο. ΘΕΜΑ 2 ο Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ

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

2.5. Ασκήσεις σχολικού βιβλίου σελίδας A Οµάδας. 1.i. 1.ii Να εξετάσετε αν η συνάρτηση

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2016 A ΦΑΣΗ

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

, 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

7.1. Το ορισµένο ολοκλήρωµα

ΟΙ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ ΣΤΗΝ ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΑ

Το θεώρηµα Αλλαγής µεταβλητής και οι µετασχηµατισµοί συντεταγµένων

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

Χώροι L p. Κεφάλαιο Χώροι L p. L p (E) όλων των µετρήσιµων συναρτήσεων f : E [, ] για τις οποίες

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 1

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

Κεφάλαιο 6. Εισαγωγή στις Σειρές Fourier

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

(s n (f)) g = s n (f g) = f (s n (g)). s n (f) g = (f D n ) g = f (D n g) = f (g D n ) = f s n (g). K n (x)g δ (x) dx. K n (x) dx.

ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΛΥΣΕΙΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΤΕΚΝΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΚΑΤΟΙΚΩΝ ΤΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ

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

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΤΗΣ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

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

z έχει µετασχ-z : X(z)= 2z 2

ΜΑΘΗΜΑ ΤΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ

1 Το ϑεώρηµα του Rademacher

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

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

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2019 ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Σύγκλιση σειρών Fourier σε χώρους L p

Τίτλος Μαθήματος: Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι

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

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

Τριγωνομετρικές συναρτήσεις Τριγωνομετρικές εξισώσεις

ΕΥΤΕΡΑ 27 ΜΑΪΟΥ 2013 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ ΕΝ ΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

AΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ 2018

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΜΟΡΙΟΔΟΤΗΣΗ ΘΕΜΑΤΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2017

Προτεινόμενα θέματα Πανελλαδικών εξετάσεων. Μαθηματικά Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης ΕΛΛΗΝΟΕΚΔΟΤΙΚΗ

Εισαγωγή στην Τοπολογία

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

Παρουσίαση 1 ΘΕΩΡΙΑ Κατεύθυνση Γ Λυκείου

Μαθηματικά Προσανατολισμού x 0 x 0. , 0,, οπότε η f είναι γνησίως αύξουσα στο 0, και

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

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ II ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Εισαγωγή στην Τοπολογία

Πανελλαδικές εξετάσεις 2016

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΜΕΣΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΗΡΑΚΛΕΙΤΟΣ ΚΩΛΕΤΤΗ

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2017

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Ολοκλήρωµα Lebesgue. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

ÖÑÏÍÔÉÓÔÇÑÉÏ ÊÏÑÕÖÇ ÓÅÑÑÅÓ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΜΑ Α ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 19 ΜΑΪΟΥ 2010 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Ελευθέριος Πρωτοπαπάς ΑΛΓΕΒΡΑ Β ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ

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

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

Εισαγωγή στη Θεωρία Σημάτων και Συστημάτων

Άγγελος Λιβαθινός, Μαθηματικός. ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ-ΛΥΣΕΙΣ. Α1. Θεωρία ( Σχολικό Βιβλίο, Σελίδα 98. Μέτρο Μιγαδικού αριθμού- ιδιότητα)

Αρµονική Ανάλυση ( ) Φυλλάδιο Ασκήσεων 3

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 Η ηµιτονοειδής συνάρτηση

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 28 ΜΑΪΟΥ 2012 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. y R, η σχέση (1) γράφεται

ΑΛΓΕΒΡΑ B ΛΥΚΕΙΟΥ. Γενικής Παιδείας ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΛΥΣΕΙΣ ΣΧΟΛΙΚΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Ολοκλήρωµα Riemann και ολοκλήρωµα Lebesgue. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Transcript:

Ενότητα: L -σύγκλιση σειρών Fourier - Ασκήσεις Αόστολος Γιαννόουλος Τµήµα Μαθηµατικών

Αδειες Χρήσης Το αρόν εκαιδευτικό υλικό υόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκαιδευτικό υλικό, όως εικόνες, ου υόκειται σε άλλου τύου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ϱητώς. Χρηµατοδότηση Το αρόν εκαιδευτικό υλικό έχει ανατυχθεί στα λαίσια του εκαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδηµαϊκά Μαθήµατα στο Πανειστήµιο Αθηνών» έχει χρηµατοδοτήσει µόνο τη αναδιαµόρφωση του εκαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοοιείται στο λαίσιο του Ειχειρησιακού Προγράµµατος «Εκαίδευση και ια Βίου Μά- ϑηση» και συγχρηµατοδοτείται αό την Ευρωαϊκή Ενωση (Ευρωαϊκό Κοινωνικό Ταµείο) και αό εθνικούς όρους. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα

Περιεχόµενα ενότητας 7 L -σύγκλιση σειρών Fourier - Ασκήσεις 4 7. Οµάδα Α............................................ 4 7. Οµάδα Β............................................. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 3

7 L -σύγκλιση σειρών Fourier - Ασκήσεις 7. Οµάδα Α. (α) Χρησιµοοιώντας τη συνάρτηση f : [, ] R µε f (x) x και την ταυτότητα του Parseval, δείξτε ότι ( + ) 4 4 και 96 4 4 9. (ϐ) Χρησιµοοιώντας την -εριοδική εριττή συνάρτηση g : [, ] R µε g(x) x( x) στο [, ] και την ταυτότητα του Parseval, δείξτε ότι ( + ) 6 6 96 και 6 6 945. Υόδειξη. (α) Παρατηρήστε ότι f () x dλ(x) xdλ(x). Για γράφουµε f () f (x)e i x dλ(x) x συν( x) dλ(x) [ ] x ημ( x) συν( x) + ( ). Συνεώς, η σειρά Fourier της f είναι η Αό την ταυτότητα του Parseval, + ( ) e i x. x e i x dλ(x) x συν( x) dλ(x) 4 + 4 ( + ) 4 f (x) dλ(x) x dλ(x) 3. Εεται ότι ( + ) 4 4 96. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 4

Οµως, Συνεώς, 4 ( + ) 4 + () 4 4 96 + 6 4 6 4 5 96 4 9. 4. (ϐ) Αφού η f είναι εριττή, έχουµε f (). Για γράφουµε f () i i ( ) i ( ) f (x)e i x dλ(x) i [ x συν( x) + i ημ( x) [ x συν( x) i ( ) i[( ) ] 3. Συνεώς, η σειρά Fourier της f είναι η Αό την ταυτότητα του Parseval, + i ] ] + i x( x) ημ( x) dλ(x) + i [ x ημ( x) + i[( ) ] 3 e i x. x ημ( x) dλ(x) x συν( x) dλ(x) ] συν( x) 6 ( + ) 6 f (x) dλ(x) ( x) x dλ(x) 4 3. Εεται ότι Οµως, Συνεώς, 6 ( + ) 6 6 96. ( + ) 6 + () 6 6 96 + 64 6 64 6 63 96 6 945. 6. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 5

. είξτε ότι: αν α Z, τότε η σειρά Fourier της συνάρτησης στο [, ], είναι η f (x) ημ α ei( x)α e i x + α. Εφαρµόζοντας την ταυτότητα του Parseval, συµεράνατε ότι ( + α) ημ (α). Υόδειξη. Γράφουµε f () f (x)e i x dλ(x) ημ α eiα e ix(α+) dλ(x) [ ] e ix(α+) e iα ημ α i( + α) e iα e iα i( + α) ημ α + α. Συνεώς, η σειρά Fourier της f είναι η Αό την ταυτότητα του Parseval, αφού f (x) ημ(α) για κάθε x. ( + α) eiα e iα ημ α i( + α) i ημ α i( + α) ημ α e i x + α. f (x) dλ(x) ημ (α), 3. Εστω < a. Θεωρούµε την συνάρτηση f : [, ] R µε f (x) χ [ a,a] (x). (α) είξτε ότι f () a και f () ημ(a) αν. (ϐ) είξτε ότι για κάθε x [, ] \ { a, a} ισχύει f (x) a + ημ(a) e i x. (γ) Υολογίστε τα αθροίσµατα ημ(a) και ημ (a). Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 6

Υόδειξη. (α) Για έχουµε f () f (x) dλ(x) a a dλ(x) a a. Για γράφουµε f () a f (x)e i x dλ(x) συν( x) dλ(x) a [ ] ημ( x) a ημ(a). a a a e i x dλ(x) συν( x) dλ(x) (ϐ) Αν x [, ] \ { a, a} τότε η f είναι αραγωγίσιµη στο x, άρα f (x) S( f, x) a + ημ(a) e i x. (γ) Θέτοντας x στην ισότητα του (ϐ) έχουµε f () a + ημ(a) a + ημ(a), άρα ημ(a) ( a ) a. Για το δεύτερο άθροισµα χρησιµοοιούµε την ταυτότητα του Parseval: έχουµε f () f ( ) για κάθε, άρα f f () + f () a + ημ (a). Αφού τελικά έχουµε ημ (a) f a a dλ(x) a, ( ) a a a a a( a). Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 7

4. Εστω f : R R συνεχώς αραγωγίσιµη -εριοδική συνάρτηση. (α) είξτε ότι (ϐ) είξτε ότι f s n ( f ) n+ a ( f ) + b ( f ). lim n f sn ( f ). n Υόδειξη. Αφού η f είναι συνεχώς αραγωγίσιµη, γνωρίζουµε ότι f S( f ). Συνεώς, f (x) s n ( f, x) (a ( f ) συν x + b ( f ) ημ x), x R. n+ Παίρνοντας αόλυτες τιµές και κατόιν supremum άνω α όλα τα x R, καταλήγουµε στην f s n ( f ) n+ ( a ( f ) + b ( f ) ). Τώρα χρησιµοοιούµε τη σχέση των συντελεστών Fourier της f µε τους συντελεστές Fourier της f : a ( f ) b ( f ), b ( f ) a ( f ) και την ανισότητα Cauchy--Schwarz, διαδοχικά, για να άρουµε n+ ( a ( f ) + b ( f ) ) n+ /n n+ / n+ ( a ( f ) n+ + b ( f ) ) / a ( f ) a ( f ) + b ( f ) + /, n+ / b ( f ) όου έχουµε χρησιµοοιήσει το γενονός ότι n+ < n+ ( ) n+ ( ) n και την στοιχειώδη ανισότητα a + b a + b. Εοµένως, n f sn ( f ) n+ / a ( f ) + b ( f ). Αό την ανισότητα του Bessel έχουµε ότι η σειρά ( a ( f ) + b ( f ) ) συγκλίνει και το συµέρασµα έεται. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 8

5. Εστω f : C συνεχώς αραγωγίσιµη συνάρτηση. (α) είξτε ότι υάρχει σταθερά C( f ) > ώστε f () C( f ) για κάθε Z. (ϐ) Εξετάστε αν lim f (). (γ) Εξετάστε αν f () < +. Υόδειξη. Η αάντηση είναι καταφατική σε όλα τα ερωτήµατα. Αρχικά αρατηρούµε ότι η f είναι ολοκληρώσιµη. Αό την ταυτότητα του Parseval, Γνωρίζουµε ότι f () i f (), συνεώς f () f < +. f () < +. Εεται το (ϐ) (και αό αυτό, το (α)): αφού η αραάνω σειρά συγκλίνει, έχουµε lim f (). Για το (γ), αό την ανισότητα Cauchy-Schwarz αίρνουµε f () f () ) ( f () < +. Εεται ότι f () f () + f () < +. 6. Εστω f : R R συνεχώς αραγωγίσιµη -εριοδική συνάρτηση µε f (x) dλ(x). Χρησιµοοιώντας την ταυτότητα του Parseval για τις f και f δείξτε ότι f (x) dλ(x) f (x) dλ(x), µε ισότητα αν και µόνο αν f (x) a συν x + b ημ x για κάοιους a, b R. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 9

Υόδειξη. Γνωρίζουµε ότι f () i f () για κάθε Z. Είσης, αό την υόθεση έχουµε f () f (x) dλ(x). Αό την ταυτότητα του Parseval για τις f και f έεται άµεσα ότι f (x) dλ(x) f f () f () f () f () f (x) dλ(x). Για την τελευταία ισότητα αρατηρήστε ότι f () f (x)dλ(x) f () f () αό την -εριοδικότητα της f. Ισότητα µορεί να ισχύει αν και µόνο αν f () i f () για κάθε (εξηγήστε γιατί). Ισοδύναµα αν f (x) f ()e ix + f ( )e ix για κάθε x R, δηλαδή αν υάρχουν a, b R ώστε f (x) a συν x + b ημ x. 7. (α) Εστω f, g : C συνεχώς αραγωγίσιµες συναρτήσεις. Υοθέτουµε ότι ότι f (t)g(t) dλ(t) f (t) dλ(t) g (t) dλ(t). (ϐ) Εστω f : [a, b] C συνεχώς αραγωγίσιµη συνάρτηση µε f (a) f (b). είξτε ότι g(t) dλ(t). είξτε b a f (t) dλ(t) (b a) b a f (t) dλ(t). Υόδειξη. (α) Αό την ανισότητα Cauchy-Schwarz αίρνουµε f (t)g(t) dλ(t) f (t) dλ(t) g(t) dλ(t). Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα

Αφού g(t)dλ(t), αό την ροηγούµενη άσκηση έχουµε και έεται το Ϲητούµενο. g(t) dλ(t) g (t) dλ(t), (ϐ) Υοθέτουµε ρώτα ότι [a, b] [, ]. Αφού f () f (), µορούµε να εεκτείνουµε την f σε συνεχή -εριοδική συνάρτηση µε f (t)dλ(t), ϑέτοντας f (x) f ( x) για x [, ]. Η εέκταση της f είναι συνεχώς αραγωγίσιµη σε κάθε διάστηµα της µορφής (, + ), Z. Εφαρµόζοντας το (α) µε g f, αίρνουµε f (t) dλ(t) f (t) dλ(t) Χρησιµοοιώντας και το γεγονός ότι η f είναι εριττή, συµεραίνουµε ότι f (t) dλ(t). ( ) f (t) dλ(t) f (t) dλ(t). Αν το [a, b] είναι τυχόν, ϑεωρούµε την F : [, ] C µε F(x) f ( a + b a x). Τότε, η ( ) ισχύει για την F, δηλαδή f ( a + b a x) dλ(x) F(x) dλ(x) (b a) Κάνοντας την αλλαγή µεταβλητής t a + b a x, αίρνουµε f ( a + b a x) F (x) dλ(x) dλ(x). b a f (t) dλ(t) (b a) b a f (t) dλ(t). 7. Οµάδα Β 8. ώστε αράδειγµα ακολουθίας { f n } ολοκληρώσιµων συναρτήσεων f n : [, ] R ώστε lim n f n (x) dλ(x), αλλά για κάθε x [, ] η ακολουθία { f n (x)} δεν συγκλίνει. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα

Υόδειξη. Θεωρούµε µια ακολουθία {I n } υοδιαστηµάτων του [, ] µε τις ακόλουθες ιδιότητες:. Για κάθε x [, ], τα σύνολα A x {n N : x I n } και B x {n N : x I n } είναι άειρα.. l(i n ), όου l(i) είναι το µήκος ενός διαστήµατος I. Ενας τρόος να ορίσουµε µια τέτοια ακολουθία είναι ο εξής: αίρνουµε I [, ], στη συνέχεια χωρίζουµε το [, ] σε δύο διαδοχικά διαστήµατα I και I 3 µήκους, στη συνέχεια χωρίζουµε το [, ] σε τέσσερα διαδοχικά διαστήµατα I 4,..., I 7 µήκους / και ούτω καθεξής. Ορίζουµε f n χ In, n,,.... Παρατηρήστε ότι κάθε f n είναι ολοκληρώσιµη και lim n f n (x) dλ(x) lim n l(i n ). Αό την άλλη λευρά, για κάθε x [, ] έχουµε ότι τα A x και B x είναι άειρα υοσύνολα του N, άρα µορούµε να ϐρούµε γνησίως αύξουσες ακολουθίες ϕυσικών ( n ) και (r n ) στα A x και B x αντίστοιχα. Τότε, δηλαδή η ακολουθία { f n (x)} δεν συγκλίνει. f n (x) χ In (x) και f rn (x) χ Irn (x), 9. είξτε ότι ημ t t dλ(t). Υόδειξη. Γνωρίζουµε ότι το ολοκλήρωµα του n-οστού υρήνα του Dirichlet στο [, ] είναι ίσο µε. ηλαδή, ημ ( n + ) t dλ(t). Γράφουµε ημ t ημ ( n + ) t dλ(t) + t/ g(t) ημ ( n + ) t dλ(t), όου g(t) ημ(t/) t/. Παρατηρούµε ότι η g µορεί να οριστεί στο ώστε να γίνει συνεχής συνάρτηση στο [, ] (εξηγήστε γιατί). Συνεώς, g(t) ημ ( n + ) t dλ(t) + g(t) συν(t/) ημ(nt) dλ(t) g(t) ημ(t/) συν(nt) dλ(t) όταν n, αό το Λήµµα Riemann--Lebesgue για τις συνεχείς συναρτήσεις g(t) συν(t/) και g(t) ημ(t/). Εεται ότι lim ημ ( n + ) t dλ(t). n t/ Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα

Οµως, ημ ( n + ) t t/ dλ(t) ( n+ ) ημ x x dλ(x). Εεται ότι ( ) n+ ημ x x dλ(x) ημ x όταν n. Χρησιµοοιώντας και το γεγονός ότι lim x x, µορούµε τώρα να δείξουµε ότι υάρχει το ημ x M ημ x dλ(x) lim dλ(x) x M x. Συµληρώστε τις λετοµέρειες.. Εστω f : R C συνάρτηση -εριοδική, η οοία ικανοοιεί την συνθήκη Lipshitz για κάθε x, y R, όου K > σταθερά. f (x) f (y) K x y (α) Για κάθε t > ορίζουµε g t (x) f (x + t) f (x t). είξτε ότι g t (x) dλ(x) 4 ημ t f () και συµεράνατε ότι ημ t f () K t. (ϐ) Εστω p N. Ειλέγοντας t / p+, δείξτε ότι p < p f () K p+. (γ) ώστε άνω ϕράγµα για το f () p < p και συµεράνατε ότι η σειρά Fourier της f συγκλίνει αολύτως, άρα οµοιόµορφα. Υόδειξη. (α) Αό την ταυτότητα του Parseval έχουµε g t (x) dλ(x) ĝ t (). Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 3

Υολογίζουµε τους συντελεστές Fourier της g t : είναι Συνεώς, ĝ t () f (x + t)() f (x t)() e it f () e it f () (i ημ t) f (). g t (x) dλ(x) Χρησιµοοιώντας την συνθήκη Lipschitz αίρνουµε ημ t f () 8 8 4 ημ t f (). f (x + t) f (x t) dλ(x) K (t) dλ(x) K t. (ϐ) Εφαρµόζοντας το (α) για t / p+ έχουµε p < p ημ(/ p+ ) f () ημ(/ p+ ) f () K p+. Οµως, αν p < p έχουµε 4 p+. Αρα, ημ(/p+ ) ημ(/4) / γι αυτές τις τιµές του. Ειστρέφοντας στην ροηγούµενη ανισότητα, αίρνουµε p < p f () K p+, δηλαδή p < p f () K p+. (γ) Αρκεί να δείξουµε ότι f () < +. Χρησιµοοιώντας το (ϐ) και την ανισότητα Cauchy--Schwarz, έχουµε f () > f () p/ f () p p < p p p < p p/ K K p ( ) < +. p p p / Εεται ότι f () f () + f () < +. > Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 4

. Εστω α > / και f : R C συνάρτηση -εριοδική, η οοία ικανοοιεί την συνθήκη Hölder f (x) f (y) K x y α για κάθε x, y R, όου K > σταθερά. οµοιόµορφα. είξτε ότι η σειρά Fourier της f συγκλίνει αολύτως, άρα Υόδειξη. Ακολουθούµε την ίδια διαδικασία µε αυτήν της Ασκησης. Για κάθε t > ορίζουµε g t (x) f (x + t) f (x t) και, χρησιµοοιώντας την ταυτότητα του Parseval, ϐλέουµε ότι g t (x) dλ(x) Χρησιµοοιώντας την συνθήκη Hölder αίρνουµε Ειλέγοντας t / p+, έχουµε ημ t f () 8 8 4 ημ t f (). f (x + t) f (x t) dλ(x) K (t) α dλ(x) K t α. p < p ημ(/ p+ ) f () ημ(/ p+ ) f () K α α(p+). Οµως, αν p < p έχουµε 4 p+. Αρα, ημ(/p+ ) ημ(/4) / γι αυτές τις τιµές του. Ειστρέφοντας στην ροηγούµενη ανισότητα, αίρνουµε δηλαδή p < p f () p < p f () Χρησιµοοιώντας την ανισότητα Cauchy--Schwarz, έχουµε K α α(p+), K α α(p+). f () > f () p/ f () p < p p p < p K p/ α K α αp+α α ( ) < +, α p p p p / διότι α >. Εεται ότι f () f () + f () < +. > Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 5

. Εστω f : R R συνεχής -εριοδική συνάρτηση και έστω a, b οι συντελεστές Fourier της f. είξτε ότι b ( x) f (x) dλ(x). Υόδειξη. Για την g : [, ] R µε g(x) x έχουµε ĝ() και ĝ() ( i) για κάθε. Εχουµε f, g L (), άρα ( x) f (x) dλ(x) g, f f ()ĝ() i ( f () f ( )) b. i ( i)b 3. Εστω f : R R συνεχής -εριοδική συνάρτηση και έστω a, b οι συντελεστές Fourier της f. Υοθέτουµε ότι a. είξτε ότι a ( f (x)ln ημ x ) dλ(x). Υόδειξη. Εεκτείνουµε την ln( ημ x ) σε µια άρτια -εριοδική συνάρτηση g στο R. Εξηγήστε ρώτα ότι, γενικά, αν f, g L () και οι f, g αίρνουν ραγµατικές τιµές, τότε f (x)g(x)dλ(x) a ( f )a (g) + (a ( f )a (g) + b ( f )b (g)). Αφού η g είναι άρτια, έχουµε b (g) για κάθε. Αρα, f (x)g(x)dλ(x) a ( f )a (g). Τέλος, για κάθε έχουµε: a (g) ln ημ x συν x dλ(x) ln( ημ x ) συν x dλ(x) ημ x συν x ημ(x/) dλ(x) Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 6

ημ( + /)x + ημ( /)x ημ(x/) D (x) + D (x) dλ(x). dλ(x) 4. Εστω f L (). Υοθέτουµε ότι [w ( f, /n)] <, n όου είξτε ότι f L (). w ( f, x) f (x + t) f (t) dλ(t). Υόδειξη. Αό το ϑεώρηµα Riesz-Fisher αρκεί να δείξουµε ότι η σειρά f () συγκλίνει. Εστω Z. Παρατηρούµε ότι f ( + /)() f (t + /)e it dλ(t) f (s)e is ds f (). Αρα, f () f ( + /)() f () f (t + /) f (t) dλ(t) w ( f, /). Χρησιµοοιώντας και την w ( f, x) w ( f, x) (η οοία ροκύτει αό την αλλαγή µεταβλητής s x + t στο f (x + t) f (t) dλ(t)) έχουµε για κάθε. Είσης, f () f. Συνεώς, f () w ( f, / ) f () f () [w ( f, /)] + 4 αό την υόθεση. f + [w ( f, /)] < 5. Εστω f L (). Ορίζουµε F(x) s n ( f, x) σ n+ ( f, x) n n είξτε ότι F L () και F f. Ειδικότερα, F(x) < σχεδόν αντού στο. /. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 7

Υόδειξη. Για κάθε N N ορίζουµε g N (x) s n ( f, x) σ n+ ( f, x). n n Παρατηρούµε ότι Αρα, g N (x) dλ(x) s n ( f, x) σ n+ ( f, x) n n n n n n(n + ) f () n + f ()e i x. N f () n n(n + ). Γράφουµε n n(n + ) n n ( ) n(n + ) (n + ) ( n ) n + N+ n + n(n + ) N + + + N + ( + ). Συνεώς, g N (x) dλ(x) N Αό το ϑεώρηµα µονότονης σύγκλισης αίρνουµε F lim n f () N s n ( f, x) σ n+ ( f, x) n n g N (x) dλ(x) f. f () f. dλ(x) 6. Εστω x n, y m C, n, m. είξτε ότι n,m x n y m n + m + n / x n m / y m. Υόδειξη. Θεωρούµε την ϕ : [, ) C µε ϕ(t) i( t)e it και την εεκτείνουµε σε -εριοδική συνάρτηση στο R. Αυτό ου ϑα χρησιµοοιήσουµε είναι ότι ϕ() + για κάθε και ϕ. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 8

Για κάθε N N έχουµε n,m x n y m n + m + ηλαδή, αν ορίσουµε α N (t) N n,m n n,m n,m x n y m ϕ(n + m) x n y m ϕ(t)e i(n+m)t dλ(t) x n e int n m x n e int και β N (t) N x n y m n + m + αό την ανισότητα Cauchy-Schwarz. Αφού m y m e imt ϕ(t) dλ(t). y m e imt, έχουµε α n (t) β n (t)ϕ(t)dλ(t) α N (t) β N (t) ϕ dλ(t) ϕ α N β N α N n / x n και β N m / y m, αίρνουµε Αφού ϕ, έεται ότι n,m x n y m n + m + ϕ n n,m Ειδικότερα, έχουµε το Ϲητούµενο. x n y m n + m + n / x n / x n m m / y m. / y m. Εργο: Κεντρικό Μητρώο Ελληνικών Ανοικτών Μαθηµάτων Σελίδα 9