一、定义
在 [-L,L] 上可积的函数可展开为 f(x) ~ a0/2 + Σ[an cos(nπx/L) + bn sin(nπx/L)],其中 a0=(1/L)∫f,an=(1/L)∫f cos,bn=(1/L)∫f sin。正弦/余弦函数系正交。
二、符号说明
| a0 | 直流分量(常数项) |
| an | 余弦系数 |
| bn | 正弦系数 |
| L | 半周期 |
三、本工具的原理
- 用辛普森法数值积分求各系数;
- 按正交性公式分别积分;
- 在 x=0 处,余弦项保留、正弦项为 0,便于验证;
- 输出系数与部分和。
四、操作步骤
- 输入 f(x),例如 x;
- 输入半周期 L(π 填 3.14159);
- 输入项数 n(1~5);
- 点击「计算」。
五、例题
例:f(x)=x 在 [-π,π] 上的傅里叶级数。
解:x 为奇函数,a0=an=0,b1=(2/π)∫₀^π x sin x dx=2。工具给出 b1≈2,正弦展开收敛到 x。
六、易错点
f 需在 [-L,L] 上可积;奇函数只含正弦项,偶函数只含余弦项;
系数是数值积分近似,端点间断处级数收敛到左右平均;
本工具默认半周期 L,频率为 nπ/L。