x=π; 12 dx=2π。
-π-π-π
2. 以2π为周期的傅里叶级数函数
一个
定理:如果 0 + (a cosnx + b sinnx) 在整个数轴上一致收敛于 f,则:
2n
n=1
11
a = π f(x)cosnx dx,b = π f(x)sinnx dx,n=1,2,…。
n n
π -ππ -π
证明:由定理条件可知f(x)在[-π,π]上连续可积,
πa π ππa
∴f(x)dx=0dx+=0·2π=aπ。
(a + b ) 0
-π2 -πn -πn -π2
n=11πa
即a = f(x)dx。 对于 f(x)= 0 +
0 (a cosnx + b sinnx)
π -π2 nn
n=1
两边同时乘以coskx(k为正整数),可得:
f(x)coskx= 0 coskx + (a + b ) ,则新级数收敛,有
2n
n=1
πa π ππ
f(x) coskx dx= 0 + ( a + b dx) 。
-π2 -π-π n-π n
n=1
基于三个解函数的正交性,方程右侧除以=a为系数的项外的积分
ππ
除a cos 2 kx dx= a π 外,其他积分均为0,∴ f(x) coskx dx= a π,
kk
-π k-π
1πa
即a = f(x)coskx dx (k=1,2,…)。 同理,对于 f(x)= 0 +
k(a cosnx + b sinnx)
π-π2nn
n=1
两边同时乘以sinkx(k为正整数),可得:b = π f(x)sinkx dx (k=1,2,…)。
π-π
概念3:若f是周期为2π且可积在[-π,π]上的函数,则根据定理
中得到的a和b称为函数f的傅立叶系数(关于三角函数系统)。 就 f 的傅里叶系数而言
n
一个
叶子系数为