1. 傅里叶系数与傅里叶级数
设函数 f(x) 是周期为 2π 的周期函数,且在 [−π,π] 上可积,则称
anbn=π1∫−ππf(x)cosnxdx=π1∫−ππf(x)sinnxdxn=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯
为 f(x) 的傅里叶系数;称
2a0+n=1∑∞(ancosnx+bnsinnx)
为 f(x) 以 2π 为周期的形式傅里叶级数,记作
f(x)∼2a0+n=1∑∞(ancosnx+bnsinnx)
如果函数 f(x) 是周期为 T 的函数,在周期上可积,则
anbn=T2∫Tf(x)cosnT2πxdx=T2∫Tf(x)sinnT2πxdx
为 f(x) 的傅里叶系数;称
2a0+n=1∑∞(ancosnT2πx+bnsinnT2πx)
为 f(x) 以 T 为周期的形式傅里叶级数
2. 傅里叶级数的收敛性(狄利克雷收敛定理)
设 f(x) 是周期为 2π 的可积函数,且满足
- f(x) 在 [−π,π] 上连续或只有有限个第一类间断点
- f(x) 在 [−π,π] 上只有有限个单调区间
则 f(x) 的以 2π 为周期的傅里叶级数收敛,且
S(x)=2a0+n=1∑∞(ancosnx+bnsinnx)=21(f(x+)+f(x−))
3. 周期为 2π 的函数的展开
3.1. [−π,π] 上展开
anbn=π1∫−ππf(x)cosnxdx=π1∫−ππf(x)sinnxdxn=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯
3.2. [−π,π] 上奇偶函数的展开
f(x) 为奇函数
anbn=0=π2∫0πf(x)sinnxdxn=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯
f(x) 为偶函数
anbn=π2∫0πf(x)cosnxdx=0n=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯
在 [0,π] 上展为正弦或展为余弦
展为正弦
anbn=0=π2∫0πf(x)sinnxdxn=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯
展为余弦
anbn=π2∫0πf(x)cosnxdx=0n=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯
4. 周期为 2l 的函数的展开
4.1. [−l,l] 上展开
anbn=l1∫−llf(x)coslnπxdx=l1∫−llf(x)sinlnπxdxn=0,1,2,⋯n=0,1,2,⋯
4.2. [−l,l] 上奇偶函数的展开
f(x) 为奇函数
anbn=0=l2∫0lf(x)sinlnπxdxn=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯
f(x) 为偶函数
anbn=l2∫0lf(x)coslnπxdx=0n=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯
4.3. 在 [0,l] 上展为正弦或展为余弦
展为正弦
anbn=0=l2∫0lf(x)sinlnπxdxn=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯
展为余弦
anbn=l2∫0lf(x)coslnπxdx=0n=0,1,2,⋯n=1,2,3,⋯