傅裡葉級數

傅裡葉級數

數學術語
法國數學家傅裡葉發現,任何周期函數都可以用正弦函數和餘弦函數構成的無窮級數來表示(選擇正弦函數與餘弦函數作為基函數是因為它們是正交的),後世稱傅裡葉級數為一種特殊的三角級數,根據歐拉公式,三角函數又能化成指數形式,也稱傅立葉級數為一種指數級數。[1]
    中文名:傅裡葉級數 外文名: 定義: 英文名:Fourier series 表達式:一種特殊的三角級數 提出者:法國數學家傅裡葉 應用學科:數學 适用領域:任何周期函數

來源

法國數學家J.-B.-J.傅裡葉在研究偏微分方程的邊值問題時提出。從而極大地推動了偏微分方程理論的發展。在中國,程民德最早系統研究多元三角級數與多元傅裡葉級數。他首先證明

多元三角級數球形和的唯一性定理,并揭示了多元傅裡葉級數的裡斯-博赫納球形平均的許多特性。傅裡葉級數曾極大地推動了偏微分方程理論的發展。在數學物理以及工程中都具有重要的應用。

性質

收斂性

傅裡葉級數的收斂性:滿足狄利赫裡條件的周期函數表示成的傅裡葉級數都收斂。狄利赫裡條件如下:

在任何周期内,x(t)須絕對可積;

在任一有限區間中,

x(t)隻能取有限個最大值或最小值;

在任何有限區間上,

x(t)隻能有有限個第一類間斷點。

吉布斯現象:在x(t)的不可導點上,

如果我們隻取式右邊的無窮級數中的有限項作和x(t),

那麼x(t)在這些點上會有起伏。一個簡單的例子是方波信号

正交性

所謂的兩個不同向量正交是指它們的内積為0,這也就意味着這兩個向量之間沒有任何相關性。

例如,在三維歐氏空間中,互相垂直的向量之間是正交的。事實上,正交是垂直在數學上的的一種抽象化和一般化。

一組n個互相正交的向量必然是線形無關的,所以必然可以張成一個n維空間,也就是說,空間中的任何一個向量可以用它們來線性表出。

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