三角级数

  • 三角级数
    • 三角级数定义为以下的函数项级数: a02+∑n=1+∞(ancos⁡nx+bnsin⁡nx) \frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^{+\infty}(a_n\cos nx+b_n\sin nx)
  • 三角函数系正交性
    • 三角函数系是 1,cos⁡x,sin⁡x,cos⁡2x,sin⁡2x,…,cos⁡nx,sin⁡nx,…1,\cos x,\sin x,\cos 2x,\sin 2x,\dots,\cos nx,\sin nx,\dots。
    • 定义两个函数 f(x),g(x)f(x),g(x) 的内积为 ⟨f(x),g(x)⟩:=∫−ππf(x)g(x)dx \langle f(x),g(x)\rangle := \int_{-\pi}^{\pi}f(x)g(x)\mathrm dx
    • 如果 ⟨f(x),g(x)⟩=0\langle f(x),g(x)\rangle=0,则 f(x),g(x)f(x),g(x) 正交。
    • 三角函数系中的任意两个函数正交。
  • 傅里叶级数
    • 傅里叶系数
      • 假设 f(x)f(x) 可以展开为三角级数,则考虑求其系数。
      • 可以利用级数与系数对应的函数做内积,其他项等于 00。
      • 由此得到傅里叶系数:
        • an=1π∫−ππf(x)cos⁡nxdx,n∈N a_n=\frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^\pi f(x)\cos nx\mathrm dx, n\in \mathrm N
        • bn=1π∫−ππf(x)sin⁡nxdx,n∈N∗ b_n=\frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^\pi f(x)\sin nx\mathrm dx, n\in \mathrm N^*
    • 定义
      • 定义满足系数是傅里叶系数的三角级数是傅里叶级数。
      • 当 f(x)f(x) 满足狄利克雷条件时,傅里叶级数收敛到 f(x)f(x):
        • 函数在一个周期内连续或只有有限个间断点;
        • 在一个周期内只有有限个极值点。
      • 满足狄利克雷条件时,傅里叶级数收敛情况:
        • 当 xx 处连续时,级数收敛到 f(x)f(x);
        • 当 xx 处间断时,级数收敛到 f(x−)+f(x+)2\dfrac{f(x^-)+f(x^+)}{2}。