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傅立葉級數計算器

傅立葉級數線上計算機,輸入週期函數與區間,用數值積分求出三角係數 a₀、aₙ、bₙ,輸出前 n 項展開式,適合訊號分析與高等數學級數學習。

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f(x)~a0/2+Σ[an cos(nπx/L)+bn sin(nπx/L)]
在 [-L,L] 上,例如 x
如 π 填 3.14159
計算前幾項(1~5)

📖 使用教學|傅立葉級數

一、定義
在 [-L,L] 上可積的函數可展開為 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/餘弦函數系正交。
二、符號說明
a0直流分量(常數項)
an餘弦係數
bn正弦係數
L半週期
三、本工具的原理
  • 用辛普森法數值積分求各係數;
  • 按正交性公式分別積分;
  • 在 x=0 處,餘弦項保留、正弦項為 0,便於驗證;
  • 輸出係數與部分和。
四、操作步驟
  1. 輸入 f(x),例如 x;
  2. 輸入半週期 L(π 填 3.14159);
  3. 輸入項數 n(1~5);
  4. 點擊「計算」。
五、範例
範例:f(x)=x 在 [-π,π] 上的傅立葉級數。
解:x 為奇函數,a0=an=0,b1=(2/π)∫₀^π x sin x dx=2。工具給出 b1≈2,正弦展開收斂到 x。
六、易錯點
f 需在 [-L,L] 上可積;奇函數只含正弦項,偶函數只含餘弦項;
係數是數值積分近似,端點間斷處級數收斂到左右平均;
本工具預設半週期 L,頻率為 nπ/L。

❓ 常見問題|傅立葉級數

傅立葉級數有什麼用?
把週期函數分解為不同頻率的正弦餘弦疊加,是訊號分析的基礎。
為什麼奇函數只有 bn?
因為 an 積分被奇函數×偶函數=奇函數在對稱區間積分為 0。
a0/2 是什麼?
a0 是常數項係數,直流分量寫作 a0/2。
係數為什麼是近似值?
本工具用數值積分求積分,與精確解析值有微小誤差。
週期不是 2L 怎麼辦?
把 L 設為實際半週期即可,頻率自動按 nπ/L。