97099

Ряды Фурье

Курсовая

Математика и математический анализ

Основные определения. Достаточные условия поточечной сходимости ряда Фурье. Ряд Фурье для четных и нечетных функций. Разложение в ряд Фурье общего вида. Разложение в ряд Фурье по косинусам. Разложение в ряд Фурье по синусам. Графики частичных сумм разложения в ряд Фурье общего вида. Графики частичных сумм разложения в ряд Фурье по косинусам.

Русский

2015-10-13

2.58 MB

5 чел.

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО МАТЕМАТИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ

Ряды Фурье

Выполнил:

Жбанов Илья Михайлович

3О-103С

Проверил: Мартюшова Я.Г.

ст.преподаватель каф.804

Москва

2015г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Основные определения_____________________________________3

2. Достаточные условия поточечной сходимости ряда Фурье_______4

3. Ряд Фурье для четных и нечетных функций____________________4

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Разложение в ряд Фурье общего вида_________________________6

2. Разложение в ряд Фурье по косинусам_______________________11

3. Разложение в ряд Фурье по синусам_________________________15

ПРИЛОЖЕНИЯ

1.Графики частичных сумм разложения в ряд Фурье общего вида__19

2. Графики частичных сумм разложения в ряд Фурье по косинусам_25

3. Графики частичных сумм разложения в ряд Фурье по синусам___31

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ__________________________________37


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Основные определения

Пусть

Функциональный ряд ,  где

,

, n=0, 1,…

,

называется рядом Фурье функции f(x).

Обозначается

Функция y = f(x) называется кусочно-дифференцируемой на[a; b], если существует разбиение этого отрезка x0 = a < x1 < … < xn-1 < xn = b, такое что существуют                                                                                                                                                    и функции   принадлежат C1 [xi-1 ; xi] (то есть, имеют непрерывную производную на [xi-1 ; xi].


2. Достаточные условия поточечной сходимости ряда Фурье

Теорема Дирехле
       Если функция  
f определена на [a; b] и кусочно-дифференцируема на [a; b], то ряд Фурье функции f сходится в каждой точке x интервала (a; b) к значению ,  а в точках a и b – к значению  .

Если функция f – -периодическая и кусочно-дифференцируемая на промежутке длины периода, то ряд Фурье функции f сходится в любой точке x к значению  .

3. Ряд Фурье для четных и нечетных функций

Лемма Римана
       Если

Для  

Если               , n=0, 1, …
,
,
n=1, 2,…
и

Если  нечетная, то
,
n=0, 1,…
,
,
n=1, 2,…
и


ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Постановка задания

Задание 1. Представить функцию рядом Фурье. Построить график суммы ряда. В MatLab построить графики частичных сумм ряда Фурье.

Задание 2. Разложить функцию в ряд Фурье по синусам кратных дуг. Построить график суммы ряда Фурье. В MatLab построить графики частичных сумм ряда Фурье.

Задание 3. Разложить функцию в ряд Фурье по косинусам кратных дуг. Построить график суммы ряда Фурье. В MatLab построить графики частичных сумм ряда Фурье.

Определим функцию по графику

1. Разложение в ряд Фурье общего вида

Рассмотрим функцию  


Доопределим функцию f1 на всю числовую прямую как -периодическую, где  на всю числовую прямую.


-периодическая, имеет на любом конечном промежутке конечное число точек разрыва первого рода, следовательно, ее можно представить рядом Фурье:

Так как при , то

 

 

 

  Функция f2 кусочно-дифференцируема, значит, существует конечная и непрерывная производная на каждом промежутке. Поэтому ряд Фурье сходится в любой точке числовой прямой.

 S(x) = f2(x) (x – точка непрерывности функции f2)

 (x – точка разрыва функции f2)



2. Разложение в ряд Фурье по косинусам

Рассмотрим функцию , то есть f1(x) – четная

Доопределим функцию f1 на всю числовую прямую как -периодическую, где


Так как f2 – четная, 2L - периодическая, имеет на любом конечном промежутке конечное число точек разрыва первого рода, следовательно, ее можно представить рядом Фурье:  

f2(x) = f(x), следовательно

Функция f2 кусочно-дифференцируема,  значит, существует конечная и непрерывная производная на каждом промежутке. Поэтому ряд Фурье сходится в любой точке числовой прямой.

 S(x) = f2(x) (x – точка непрерывности функции f2)

(x – точка разрыва функции f2)



3. Разложение в ряд Фурье по синусам

Рассмотрим функцию, то есть f1(x) – четная 

Доопределим функцию f1 на всю числовую прямую как -периодическую, где

Так как f2 – четная, 2L - периодическая, имеет на любом конечном промежутке конечное число точек разрыва первого рода, следовательно, ее можно представить рядом Фурье:  

f2(x) = f(x),, следовательно

 

Функция f2 кусочно-дифференцируема, значит, существует конечная и непрерывная производная на каждом промежутке. Поэтому ряд Фурье сходится в любой точке числовой прямой.

 S(x) = f2(x) (x – точка непрерывности функции f2)

(x – точка разрыва функции f2)


ПРИЛОЖЕНИЯ

1.Графики частичных сумм разложения в ряд Фурье общего вида

N=1


N=2


N=3


N=5


N=10


N=50


2. Графики частичных сумм разложения в ряд Фурье по косинусам

N=1


N
=2


N
=3


N
=5


N
=10


N
=50


3. Графики частичных сумм разложения в ряд Фурье по синусам

N=1


N
=2


N
=3


N
=5


N
=10


N
=50


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Битюков Ю. И.

Лекции по математическому анализу

2. Зорич В. А.

Математический анализ (Часть 1)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31667. Проблеми сімейного виховання. Типові помилки батьків 72.5 KB
  Може случитися так що ціль виховання дитини виявляється саме в задоволенні потреб емоційного контакту. Батьки несвідомо ведуть боротьбу за збереження об'єкта своєї потреби перешкоджаючи виходу емоцій і прихильностей дитини за межі сімейного кола. Мати чи батько бабуся можуть вважати що зміст їхнього існування є відхід за фізичним станом і вихованням дитини. Шкода такої самопожертви для дитини очевидний.
31668. Проблема важких підлітків 36.5 KB
  Девіантна поведінка це система вчинків чи окремі вчинки що протирічать прийнятим в суспільстві правовим чи моральним нормам. Девіантна поведінка ділиться на дві великі категорії. Поперше це поведінка відхилена від норм психічного здоровя при наявності вираженої чи невираженої психопатології. Подруге це антисоціальна поведінка що порушує якісь соціальні і культурні норми особливо правові.
31669. Психологічні аспекти та барєри професійного самовизначення у ранньому юнацькому віці 45 KB
  У вітчизняній науці прийнято розглядати юність як самостійний період розвитку людини його особистості та індивідуальності. Юнацький вік дуже відповідальний етап розвитку у житті школяра коли завершується морфофункціональне дозрівання організму відбуваються суттєві зміни його особистості психологічне та соціальне дорослішання. Багато дослідників вважають основним новоутворенням у старшому шкільному віці особистісне та професійне самовизначення оскільки саме у самовизначенні в обставинах життя у вимогах до школяра у період раннього...
31671. Психічне відображення як процес 26.5 KB
  Образ формується розвивається існує тільки в процесі відображення.Ломова [5;134173] дозволили виділити 5 основних стадій фаз процесу зорового сприймання: 1 визначення положення предмета в просторі й груба оцінка його загальних пропорцій; 2 âмерехтінняâ форми; 3 розрізнення різких перепадів кривизни; 4 глобальноадекватне сприймання у якому форма подана без розрізнення її деталей зокрема величини кутів; 5 адекватне відображення форми у всій повноті її деталей. Сутність психічного як процесу: а загальна тенденція полягає в...
31672. Основні методи психології. Спостереження, експеримент 33.5 KB
  Спостереження експеримент Спостереження як метод обєктивного дослідження широко за стосовується у психології педагогічній практиці соціологічних до слідженнях. Обєктом спостереження є поведінка особистості в найрізно манітніших її зовнішніх виявах коли реалізуються усвідомлювані та неусвідомлювані внутрішні психічні стани переживання прагнення. Тому вміле спостереження за поведінкою дитини та дорослого дає можливість з високою вірогідністю робити висновки про їхні внутрішні духовні особливості. Спостереження може бути звичайним...
31673. Виникнення та розвиток психіки 23 KB
  На певному етапі розвитку природи завдяки взаємодії механічних термічних хімічних акустичних та світлових властивостей матерії з неорганічної матерії виникла органічна матерія білкова речовина. Якщо в неорганічній матерії згаданий процес має пасивний характер то у живій активний відмінною рисою якого є здатність предмета що відображує реагувати на відображуване. Першими проявами такого біологічного відображення є процеси обміну речовин асиміляція та дисиміляція що відбуваються у живій матерії та є необхідною умовою життя....
31674. Свідомість 30.5 KB
  Складна діяльність вищих тварин що підпорядкована природним предметним звязкам і відношенням у людини перетворюється на діяльність підпорядковану суспільним звязкам і відносинам. Вона є тією безпосередньою причиною завдяки якій виникає специфічна людська форма відображення дійсності свідомість людини. У людини завдяки її участі в спільній діяльності з іншими людьми в умовах розподілу функцій між ними те на що спрямована дія саме по собі може і не мати прямого біологічного смислу. У людини ж користування штучним знаряддям...
31675. Поняття про особистість та її структуру 26.5 KB
  Належність особистості до певного суспільства до певної системи суспільних відносин визначає її психологічну Та соціальну сутність. Характерними ознаками особистості є наявність у неї свідомості виконувані нею суспільні ролі суспільно корисна спрямованість її діяльності. Однією з найяскравіших характеристик особистості є її індивідуальність під якою розуміють своєрідне неповторне поєднання таких психологічних особливостей людини як характер темперамент особливості перебігу психічних процесів сприймання памяті мислення мовлення...