- 61. Presupunem că ni se dă o curbă y = f(x). Atunci în ecuația
y = a0 + a1cosx + b1sinx.
a0, a1 și b1 pot fi determinate astfel încât graficul ecuației să taie curba în oricare trei puncte între x = 0 și x = 2π. Pentru că este necesar doar să notăm condiția ca ordonatele să fie egale în aceste trei puncte și avem trei ecuații liniare pentru determinarea lui a0, a1 și b1. În mod similar, în ecuația
y = a0 + a1cosx + a2cos2x + a3cos3x + … + ancosnx
+ b1sinx + b2sin2x + b3sin3x + … + bnsinnx.
a0, a1, a2, a3, … an, b1, b2, b3,… bn pot fi determinate astfel încât cele două curbe taie în (2n + l) puncte. Dacă n devine infinit de mare, cele două curbe se vor tăia într-un număr infinit de puncte. Acest lucru ridică întrebarea dacă curbele nu se vor atinge în întreg intervalul de la x = 0 la x = 2π, dacă nu este posibil să se reprezinte cel puțin o funcție în întreg intervalul printr-o serie infinită de tipul de mai sus.
- 62. Să presupunem posibilitatea extinderii lui f(x) în intervalul de la 0 la 2π într-o serie de tipul de mai sus, adică într-o serie Fourier, și să presupunem că seria poate fi integrată termen cu termen. Atunci
(1) f(x) = a0 + a1cosx + a2cos2x … + b1sinx + b2sin2x.
Integrați ambele părți ale ecuației în raport cu x de la 0 la 2π. În partea stângă avem ∫f(x)dx. În partea dreaptă, fiecare termen dispare cu excepția primului, care dă 2πa0. Prin urmare
(2) a0 = 1/2π ∫02πf(x)dx.
Înmulțiți ambele părți ale lui (1) cu cosnx, unde n este orice număr întreg, și integrați cu privire la x de la 0 la 2π. Atunci, în partea dreaptă, avem termeni de următorul tip:
a0∫cos nx dx,
an∫cos2nx dx = an/2 ∫(1 + cos2nx) dx,
am∫cos mx cos nx dx = am/2 ∫(cos(m + n)x + cos(m – n)x) dx,
bn∫sin nx cos nx dx = bn/2 ∫sin 2nx dx,
bm∫sin mx cos nx dx = bm/2 ∫(sin(m + n)x + sin (m – n)x) dx,
m fiind orice număr întreg, cu excepția lui n. Este clar că la integrarea și înlocuirea limitelor 0 și 2π, fiecare dintre acești termeni va dispărea cu excepția celui de-al doilea. Dă anπ. Partea stângă dă
∫02πf(x) cos nx dx.
Rezultă
(3) an = 1/π ∫02πf(x) cos nx dx.
În mod similar, înmulțind ambele părți ale lui (1) cu sin nx și integrând între aceleași limite, se poate demonstra că
bn = 1/π ∫02πf(x) sin nx dx
Cele două formule (2) și (3) pot fi combinate într-una singură scriind termenul absolut în seria a0/2- în loc de a0. Aici însă se va scrie întotdeauna a0.
Dacă intervalul este luat de la -π la +π în loc de de la 0 la 2π, singura diferență a formulelor pentru coeficienți este că limitele integrarii sunt de la -π la +π.
Sursa: An Introduction to Mathematica Physics, de Robert Alexander Houstoun (1920). Traducerea și adaptarea Nicolae Sfetcu. © 2023 MultiMedia Publishing
Descoperă mai multe la MultiMedia
Abonează-te ca să primești ultimele articole prin email.



Lasă un răspuns