Chuỗi Fourier

Giả sử f là một hàm khả tích trên đoạn [0;2π] và tuần hoàn với chu kỳ 2π. Lúc đó, ta có thể thiết lập được các dãy số (3)an=1π02πf(x)cos(nx)dx,n=0,1,2,, (4)bn=1π02πf(x)sin(nx)dx,n=0,1,2,, và chuỗi lượng giác (5)a02+n=1(ancos(nx)+bnsin(nx)). Chuỗi này được gọi là chuỗi Fourier của hàm f và các hệ số an,bn được gọi là các hệ số Fourier. Tổng riêng của chuỗi này là (6)Sn(x)=a02+k=1n(akcos(kx)+bksin(kx)).

Câu hỏi đặt ra khá tự nhiên là khi nào thì chuỗi Fourier của hàm f hội tụ và hơn nữa, khi nào thì hàm tổng của chuỗi đó trùng với f.

Bổ đề 6.2: Nếu f:RR tuần hoàn chu kì 2π, liên tục từng khúc trên mỗi đoạn bị chặn, Sn là tổng riêng thứ n của chuỗi Fourier của nó, thì (7)Sn(x)=1π0πf(x+2u)sin((2n+1)u)sin(u)du, (8)Sn(x)f(x)=1π0π[f(x+2u)f(x)]sin((2n+1)u)sin(u)du.
Chú ý: Các hàm g(u)=f(x+2u)sin[(2n+1)u]sinuh(u)=sin[(2n+1)u]sinu không xác định tại 0. Tuy vậy, dễ thấy giới hạn của chúng khi u tiến về 0 tồn tại, hữu hạn. Vì vậy, các tích phân ở (7)(8) không phải là tích phân suy rộng. Mặt khác, các hàm này đều tuần hoàn với chu kỳ π. Vì vậy các tích phân ở (7)(8) có thể lấy trên đoạn [a;a+π] tùy ý mà các đẳng thức vẫn đúng. Nghĩa là ta có thể tính các hệ số Fourier bằng cách lấy tích phân hàm f trên đoạn [π;π]. Khi đó an=1πππf(x)cos(nx)dx,n=0,1,2,bn=1πππf(x)sin(nx)dx,n=1,2,
Bổ đề 6.3: Với f khả tích thì an0bn0 khi k.

1161.6.2

by Site Owner -
Number of replies: 0

Thảo luận nội dung "Chuỗi Fourier"

Last modified: Thursday, 5 September 2024, 9:14 AM