Mat / Mat Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 42, loppuviikko, syksy 2008

Samankaltaiset tiedostot
Osa VI. Fourier analyysi. A.Rasila, J.v.Pfaler () Mat Matematiikan peruskurssi KP3-i 12. lokakuuta / 246

Ortogonaaliprojektio äärellisulotteiselle aliavaruudelle

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

2. Fourier-sarjoista. Aaltoliikkeen ja lämmöjohtumisen matemaattinen tarkastelu

Perustehtävät. Kompleksitehtävät, 10/9/2005, sivu 1 / 10. Tehtävä 1. Sievennä 1.

Numeeriset menetelmät

Fourier-analyysi, I/19-20, Mallivastaukset, Laskuharjoitus 7

Fourier-sarjat ja -muunnos

F {f(t)} ˆf(ω) = 1. F { f (n)} = (iω) n F {f}. (11) BM20A INTEGRAALIMUUNNOKSET Harjoitus 10, viikko 46/2015. Fourier-integraali:

1. Viikko. K. Tuominen MApu II 1/17 17

Matematiikan peruskurssi 2

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

= 2 L L. f (x)dx. coshx dx = 1 L. sinhx nπ. sin. sin L + 2 L. a n. L 2 + n 2 cos. tehdään approksimoinnissa virhe, jota voidaan arvioida integraalin

Jaksollisen signaalin spektri

Luento 2. Jaksolliset signaalit

Pienimmän neliösumman menetelmä

MAT Laaja Matematiikka 1U. Hyviä tenttikysymyksiä T3 Matemaattinen induktio

MS-A0104 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ELEC2) MS-A0106 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ENG2)

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Analyysi III. Jari Taskinen. 28. syyskuuta Luku 1

7. Tasaisen rajoituksen periaate

Matematiikan tukikurssi

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Harjoitus 1, tehtävä 1

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

b) Määritä/Laske (ei tarvitse tehdä määritelmän kautta). (2p)

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS Analyysi I Harjoitus alkavalle viikolle Ratkaisuehdotuksia (7 sivua) (S.M)

Tehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: b) 0 e x + 1

a) z 1 + z 2, b) z 1 z 2, c) z 1 z 2, d) z 1 z 2 = 4+10i 4 = 10i 5 = 2i. 4 ( 1)

Tenttiin valmentavia harjoituksia

2 Funktion derivaatta

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 5: Taylor-polynomi ja sarja

Funktioiden approksimointi ja interpolointi

1 Määritelmä ja perusominaisuuksia. 2 Laskutoimitukset kompleksiluvuilla. 3 Reaaliluvut ja kompleksiluvut. 4 Kompleksilukujen algebraa

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

Toispuoleiset raja-arvot

Funktiojonot ja funktiotermiset sarjat Funktiojono ja funktioterminen sarja Pisteittäinen ja tasainen suppeneminen

Seuraava topologisluonteinen lause on nk. Bairen lause tai Bairen kategorialause, n=1

r > y x z x = z y + y x z y + y x = r y x + y x = r

e ax, kun x > 0 f(x) = 0, kun x < 0, 0, kun x > 0 e ax, kun x < 0 e (a iω)x dx = a+iω = 1 a 2 +ω 2. e ax, x > 0 e ax, x < 0,

LUKU 6. Mitalliset funktiot

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 7, Kevät 2018

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II kevät 2018 Ratkaisut 1. välikokeen preppaustehtäviin. 1. a) Muodostetaan osasummien jono. S n =

Integroimistekniikkaa Integraalifunktio

Esitetään tehtävälle kaksi hieman erilaista ratkaisua. Ratkaisutapa 1. Lähdetään sieventämään epäyhtälön vasenta puolta:

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

sin(x2 + y 2 ) x 2 + y 2

2 Funktion derivaatta

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 3: Jatkuvuus

Tehtävä 1. Oletetaan että uv on neliö ja (u, v) = 1. Osoita, että kumpikin luvuista u ja v on. p 2j i. p j i

Nopeat Fourier-muunnokset

Topologia I Harjoitus 6, kevät 2010 Ratkaisuehdotus

Sekalaiset tehtävät, 11. syyskuuta 2005, sivu 1 / 13. Tehtäviä

= 9 = 3 2 = 2( ) = = 2

Matematiikan peruskurssi 2

6. Toisen ja korkeamman kertaluvun lineaariset

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista. Muodosta viidennen asteen Taylorin polynomi kehityskeskuksena origo funktiolle

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

Radiaanit. Kun kulman α suuruus nyt mitataan tämän kaaren pituutena, saadaan kulmaan arvo radiaaneissa.

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

x 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)

JATKUVUUS. Funktio on jatkuva jos sen kuvaaja voidaan piirtää nostamatta kynää paperista.

V. POTENSSISARJAT. V.1. Abelin lause ja potenssisarjan suppenemisväli. a k (x x 0 ) k M

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 12

Oletetaan sitten, että γ(i) = η(j). Koska γ ja η ovat Jordan-polku, ne ovat jatkuvia injektiivisiä kuvauksia kompaktilta joukolta, ja määrittävät

8 Potenssisarjoista. 8.1 Määritelmä. Olkoot a 0, a 1, a 2,... reaalisia vakioita ja c R. Määritelmä 8.1. Muotoa

Sarjoja ja analyyttisiä funktioita

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

3. Kirjoita seuraavat joukot luettelemalla niiden alkiot, jos mahdollista. Onko jokin joukoista tyhjä joukko?

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Epäyhtälöt 1/7 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

Matriisilaskenta Luento 10: Polaarimuoto ja kompleksilukujen geometriaa

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS

a(t) = v (t) = 3 2 t a(t) = 3 2 t < t 1 2 < 69 t 1 2 < 46 t < 46 2 = 2116 a(t) = v (t) = 50

Matematiikan tukikurssi

z z 0 (m 1)! g(m 1) (z0) k=0 Siksi kun funktioon f(z) sovelletaan Cauchyn integraalilausetta, on voimassa: sin(z 2 dz = (z i) n+1 k=0

Kompleksianalyysi, viikko 6

MS-C1420 Fourier-analyysi osa I

Matematiikassa väitelauseet ovat usein muotoa: jos P on totta, niin Q on totta.

0 kun x < 0, 1/3 kun 0 x < 1/4, 7/11 kun 1/4 x < 6/7, 1 kun x 1, 1 kun x 6/7,

H7 Malliratkaisut - Tehtävä 1

x = π 3 + nπ, x + 1 f (x) = 2x (x + 1) x2 1 (x + 1) 2 = 2x2 + 2x x 2 = x2 + 2x f ( 3) = ( 3)2 + 2 ( 3) ( 3) = = 21 tosi

13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )

e int) dt = 1 ( 2π 1 ) (0 ein0 ein2π

LUKUTEORIA A. Harjoitustehtäviä, kevät (c) Osoita, että jos. niin. a c ja b c ja a b, niin. niin. (e) Osoita, että

1 Kompleksiluvut. Kompleksiluvut 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 7

2. Funktiot. Keijo Ruotsalainen. Mathematics Division

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia

MS-A010{3,4,5} (ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 2: Sarjat

Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan erilaisia todistustekniikoita. Luentokalvoista 11, sekä voi olla apua.

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

Kvanttifysiikan perusteet, harjoitus 5

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 5

Transkriptio:

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 Ennen malliratkaisuja, muistin virkistämiseksi kaikkien rakastama osittaisintegroinnin kaava: b a u(tv (t / b u(tv(t a b a u (tv(t.. Tutki, ovatko seuraavat funktiot parillisia, parittomia vai eivät kumpaakaan: x + x, x, e x, e x, (sin x, x sin x, x cos x, e x. Ratkaisu: Määritelmä. Funktiota f(x sanotaan parilliseksi, jos pätee Funktio f(x on pariton, jos pätee f(x f(x. f(x f(x. Muissa tapauksissa funktio ei ole parillinen eikä pariton. Tutkitaan annettuja funktioita määritelmän perusteella ja luokitellaan funktiot parillisiin, parittomiin ja jämiin. (i f(x x + x. f(x (x x x x. Siispä funktio x + x ei ole parillinen eikä pariton. (ii f(x x. Näin ollen x on parillinen funktio. (iii f(x e x. f(x x x f(x. f(x e x. Siipä funktio e x ei ole parillinen eikä pariton. (iv f(x e x. Näin ollen e x on parillinen funktio. (v f(x (sin x. f(x e (x e x f(x. sin x pariton f(x [sin(x] ( sin x (sin x f(x. Näin ollen (sin x on parillinen funktio.

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 (vi f(x x sin x. f(x (x sin(x x ( sin x x sin x f(x. Näin ollen x sin x on parillinen funktio. (vii f(x x cos x. f(x (x cos(x Näin ollen x cos x on pariton funktio. (viii f(x e x cos x parillinen x cos x f(x. f(x e x e x f(x. Näin ollen e x on parillinen funktio.. Todista, että parillisen funktion kompleksiset Fourier-kertoimet ovat reaalisia ja parittoman puhtaasti imaginäärisiä. Mitä tämä tarkoittaa reaalisen Fourier-sarjan tapauksessa? Ratkaisu: Olkoon funktio f : [, R jatkettu -jaksolliseksi funktioksi R:ään. Olkoon funktion f(t kompleksinen Fourier-sarja esitys muotoa f(t k, missä kertoimet ˆf k f(te ikπt. Vastaavasti olkoon f(x:n reaalisen Fourier-sarjan esitys muotoa missä kertoimet a k f(t a + a k cos b k k ( kπt + b k sin ( kπt, ( kπt f(t cos, k,,,..., ( kπt f(t sin, k,,.... Väite: Jos funktio f(t on parillinen, niin sen kompleksiset Fourier-kertoimet ovat reaalisia. Vastaavasti, jos f(t on pariton, niin sen kompleksiset Fourierkertoimet ovat imaginärisiä.

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 Todistus: Oletetaan aluksi, että f(t on parillinen funktio ja lasketaan f(t:n kompleksiset kertoimet ˆf k. ˆf k Euler f(te ikπt [ f(t cos ( kπt ( kπt f(t cos ( kπt f(t cos i sin if(t sin ( kπt f(t cos. R i ( ] kπt ( kπt ( kπt f(t sin, koska f(t sin( kπt on pariton. Eli jos funktio f(t on parillinen, niin sen kompleksiset Fourier-kertoimet ovat reaaliset. Vastaavasti, jos f(t on pariton funktio, niin saadaan ˆf k ( kπt f(t cos i, koska f(t cos( kπt joka on imaginäärinen. f(t sin ( kπt on pariton., i f(t sin ( kπt Reaalisen Fourier-sarjan kertoimet voidaan esittää kompleksisen Fourier-sarjan kertoimien avulla seuraavasti: { a k ˆf k + ˆf k, b k i( ˆf k ˆf k. Kun f(t on parillinen, saatiin että Fourier-kertoimet ovat reaalisia. Näin ollen reaalisen Fourier-sarjan kertoimet b k kaikilla k,,.... Vastaavasti kun f(t on pariton, niin kertoimet a k kaikilla k,,,.... 3. aske tehtävän K funktiolle virheen suuruus, kun sitä approksimoidaan n:nnen asteen trigonometrisilla polynomeilla, n,, 3, 4, 5. Vihje: aske ˆf k e ikπt f, n,,..., 5. 3

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 Ratkaisu: Määritelmä. Olkoot f, g : [, C jatkuvia. Määritellään sisätulo f, g f(tg(t ja lisäksi normi f f, f. Tällöin virhetermi saadaan muotoon En ˆf k e ikπt f f ˆf k. Miksi näin? Tämä liittyy läheisesti Parsevalin kaavaan (luennoitsijan Fouriermuistiinpanot, sivu 4. Perustelukin on oleellisesti sama, mutta lasketaan se tähän auki. E n f ( n ( n [( n ( n f(t f(t ( n f(t ( n ˆf k e ikπt ( n ln + f(tf(t ˆf l e ilπt ] f(t ˆf k e ikπt f(t ( n f(t Nyt ja f(tf(t f(t f ( n f(t f(t ( n ˆf k e ikπt. 4

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 Koska f(t ( n ˆf k e ikπt ˆf k f(te ikπt ˆf k ˆfk ˆf k on reaalinen, on siis oltava En ( n ( n ln ˆf l e ilπt ˆf k + f. Edelleen I : ( n ( n ln ln ˆf k ˆfl e i(klπt. ˆf l e ilπt Kun k l, saadaan k l ja siis e i πt. Toisaalta, kun k l m, Siispä e imπt I / imπ ln ˆf k ˆfk imπ e imπt imπ ( ( m ( m. ˆf k ˆfl ˆf k. ( e imπ e imπ e i(klπt Kun kaikki edellä oleva yhdistetään, saadaan lopulta haluttu tulos E n ˆf k Tehdään sitten käytännön laskut. ˆf k + f f ˆf k. 5

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 Kotitehtävässä on ja Fourier-sarjan kertoimiksi saatiin {, k parillinen ˆf k. 4 k π, k pariton asketaan normin f neliö f 4 t 4 asketaan nyt virheet, kun n,, 3, 4, 5. ( 4 E E 3 4 π.694399, [ ( E 4 E 3 4 3 4 4 π + [ ( E 5 4 3 4 π + t / 3 t3 3 (3 4 3. ( 4 ] 9π.7684, ( 4 ( 9π + 4 ] 5π.558. 4. Olkoon f : [, R, f(t { t, t <, t, t <, jatkettu -jaksolliseksi funktioksi R:ään. Etsi funktion f(t kompleksinen ja reaalinen Fourier-sarja. Ratkaisu: asketaan ensin f(t:lle kompleksinen Fourier-sarja, jonka kertoimesta voidaan laskea reaalisen Fourier-sarja. Annetun funktion f(t jakso ei ole π, joten käytetään loppuviikon tehtävässä esiintynyttä Fourier-sarjan esitystä, missä. Näin ollen f(t:n kompleksinen Fourier-sarja saa muodon f(t k, ( missä ˆf k f(te ikπt. 6

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 (Huom. Koska sekä t f(t että t e ikπt ovat molemmat -jaksollisia funktioita, myös niiden tulo on ja siis pätee f(te ikπt f(te ikπt d+ d f(te ikπt. asketaan ensin kerroin ˆf ˆf / te iπt + t + t + / ( t ( te iπt t t 4 ( + [( 4 ( ] 4 +. Nyt muiden kertoimien ˆf k kimppuun Integoiraan I ja II erikseen. I os. int. / ˆf k te ikπt + I t u(t e ikπt v (t t ikπ eikπt ( te ikπt } {{ } II ikπ eikπt ikπ ( eikπ e ikπ / ikπ eikπ i k π (eikπ e ikπ i kπ eikπ + k π (eikπ i kπ eikπ + k π eikπ k π. (ikπ eikπt 7

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 Seuraavaksi lausekkeen II kimppuun. II os. int. / ( te ikπt e ikπt t u(t e ikπt v (t [ / ] ikπ eikπt t ikπ eikπt ikπ eikπt ikπ (eikπ e ikπ ( eikπ ikπ e ikπ, k, k + / (ikπ eikπt ikπ ( e ikπ + e ikπ + i k π (eikπ e ikπ i kπ ( k π ( e ikπ i kπ k π + k π eikπ Kompleksisen Fourier-sarjan kertoimet ˆf k I + II kπ eikπ + k π eikπ k π }{{ } kπ + k π e ikπ I + ( kπ + k π., k i kπ k π + k π eikπ II Hirveän integroimistyön ja sieventämisen jälkeen saatiin ˆf k :t selville. Tutkitaan tarkemmin kertoimia ˆf k, kun k parillinen ja pariton. k parillinen: ˆf k kπ + k π kπ + k π. e ikπ,k parillinen kπ + k π kπ + k π 8

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 k pariton: Saatiin kertoimet ˆf k kπ + k π kπ + k π kπ + k π i kπ k π ikπ + k π. e ikπ,k pariton kπ + k π kπ + k π ˆf k {, kun k on parillinen, ikπ+ k π, kun k on pariton. Sijoitetaan kertoimet ˆf k yhtälöön (, jolloin saadaan k... + 3iπ 9π e 3iπt + + iπ π e ikπt + iπ + π e ikπt + 3iπ + 9π e 3iπt... Reaalisen Fourier-sarjan kertoimet saadaan yhtälöistä { a k ˆf k + ˆf k, b k i( ˆf k ˆf k. Kertoimet a k, b k kun k on parillinen. a k ˆf k + ˆf k ikπ + k π i(kπ + (k π ikπ + k π ikπ + k π 4 k π. 9

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 Vastaavasti saadaan b k i( ˆf k ˆf k [ i ikπ + k π + i(kπ + ] (k π [ i ikπ + k π + ikπ + ] k π i ikπ k π kπ. Nyt f(t voidaan kirjoittaa muodossa. 5. Olkoon f : [ π, 3π R, f(t a + a k cos(kπt + b k sin(kπt, k { t, π f(t t < π, π, t < 3π, jatkettu π-jaksolliseksi funktioksi R:ään. Etsi funktion f(t kompleksinen ja reaalinen Fourier-sarja. Ratkaisu: asketaan ensin f(t:n kompleksinen Fourier-sarja ja päätellään sen kertoimista ˆf k reaalisen Fourier-sarjan kertoimet a k ja b k. Funktio f(t on π-periodinen, joten f(t:n Fourier-sarja on muotoa f(t k ˆf k e ikt, ( missä ˆf k π f(te ikt. π π

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 asketaan ensin kerroin ˆf. ˆf π π π π 4π. 3π π π π π π π / π f(te it. te it. t. t [ (π ( ] π

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 Muiden kertoimien ˆf k kimppuun. ˆf k π π π Euler π π 3π π π π π π π π π π i π f(te ikt. te ikt + π te ikt 3π π t [cos(kt i sin(kt] t cos(kt, koska t cos(kt pariton π t u(t sin(kt v (t e ikt. i π t sin(kt π π parillinen [ os. int. i π / t ] π π k cos(kt k cos(kt [ i π π ( πk k cos + cos(k + k i π π ( πk k cos + ( πk k sin k i π i k cos [ π ( πk k cos ( πk i πk sin + ( ] πk k sin ( πk. π / ] k sin(kt sin(k Esim. kertoimet { ˆf 5,, ˆf 5 } { i 5π, i 8, i 9π, i 4, i π,, i π, i 4, i 9π, i 8, i 5π }. Tutkitaan seuraavaksi tapauksia, kun k on parillinen ja k pariton. k n: ˆf n i ( π n cos n i ( π π(n sin n i cos (πn i sin (πn n π(n ±, n ( n i n.

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 k n + : i ( π ˆf n+ (n + cos (n + i ( π π(n + sin (n + i (πn (n + cos + π i (πn }{{ } π(n + sin + π }{{ }, n ± ( n i π(n + i (n+ π(n +. Saatiin kertoimet, kun k, ˆf k ( k i k, kun k on parillinen, ( k+ i kun k on pariton. Huomautus: Kertoimille ˆf k pätee πk, ˆf k ˆf k. Saadut kertoimet voidaan sijoittaa kaavaan (, jolloin saadaan k ˆf k e ikt... + i 4 eit + i π eit + i π eit i 4 eit +... Reaalisen Fourier-sarjan kertoimet saadaan yhtälöistä { a k ˆf k + ˆf k, b k i( ˆf k ˆf k. Kertoimet ˆf k ovat imaginäärisiä, jolloin kertoimet a k kaikille k. b k i( ˆf k ˆf k ˆf k ˆf k k i ˆf k ( k + k k parillinen. ( k k pariton Ja reaaliseksi Fourier-sarjaksi saadaan k b k sin(kt π sin(t + sin(t 9π sin(3t 4 sin(4t +... πk 3

Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 6. Tutki tehtävän 5 Fourier-sarjan suppenemista funktion f(t epäjatkuvuuskohdassa. Ratkaisu: Epäjatkuvuuskohdassa Fourier-sarja EI suppene funktion arvoon, vaan pätee ause 3. (uentomuistiinpanot s. 6 Olkoon f(t π-jaksollinen paloittain jatkuva funktio siten, että sillä on toispuoleiset derivaatat jokaisessa pisteessä. Silloin lim n ˆf k e ikt f +(t + f (t. asketaan loppuviikon tehtävän 5 reaalisen Fourier-sarja pisteessä π. Tällöin saadaan lauseen 3 nojalla ( kπ ( π b k sin b sin + b sin (π + b 3 sin k b b 3 + b 5 b 7 +... Parittomat kertoimet b k voidaan laskea seuraavasti Nyt saadaan summaksi b k ( k ( kπ b k sin k k π. k π 4, ( 3kπ (k + π koska f(t:n toispuoleisten raja-arvojen keskiarvo on f + (t + f (t Saatiin epäjatkuvuuskohdalle yhtälö π 4 + π π 4. ( π + 9π + 5π + 49π +.... Kerrotaan puolittain π ja jaetaan vielä luvulla, niin saadaan identiteetti π 8 + 9 + 5 + 49 +... + b 4 sin (π +.... 4