Консультация № 199028
22.07.2020, 14:45
0.00 руб.
1 8 1
Уважаемые эксперты! Пожалуйста, ответьте на вопрос:

Разложить в ряд Фурье функцию, заданную на полупериоде [0;T ] графиком, приведенном на рисунке, если даны значения A=B=0;C=3;D=T=4 , и функция
нечетная. Построить графики первых трех гармонических приближений функции.
Прикрепленные файлы:
ce483c661833cc952bf2fd22a629f2636d5dbf0d.png

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
24.07.2020, 01:34
общий
Адресаты:
В минифоруме Вашей консультации rfpro.ru/question/199029#316161 Вы написали "Другие задачи решил" . Значит ли это, что и текущую задачу Вы тоже уже решили?
давно
Посетитель
402762
37
24.07.2020, 12:30
общий
Адресаты:
Добрый день, нет,эту задачу не решил,я говорил про те которые не выкладывал сюда.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
26.07.2020, 10:19
общий
Адресаты:
Я уже решил Вашу задачу (Маткад интегрирует и строит графики быстро) и мог бы сверстать +опубликовать Ответ, если бы Вы создали эту Консультацию не в разделе Математика, а в ДругиеПрограммы (включая Маткад).
Для Математ-Ответов мне приходится вручную рисовать интеграл-формулы с подробными мат-выкладками. Нужно ли мне делать это?
Я нашёл замечательную статью "Ряды Фурье. Примеры решений" Ссылка по Вашей теме. Кто прочтёт её, тот легко решит Вашу текущую задачу. Там т-ко 1 недостаток: примерно 300 картинок прикреплены в качестве формул. Я за день удалил рекламы и написал 200 html-тэгов взамен картинок. Осталось 100 тэгов написать.

В Вашей рег-карте у Вас значится: "Последнее посещение: 24.07.2020, 12:30 (1 сут. 21 ч назад)". Мне кажется, Вы уже ушли и даже не читали мой Ответ на Вашу консультацию rfpro.ru/question/199029 . Верно? Нужна ли Вам ещё помощь?
давно
Посетитель
402762
37
26.07.2020, 14:09
общий
Адресаты:
Добрый день,опубликовал вопрос в разделе "ДругиеПрограммы " https://rfpro.ru/question/199039
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
26.07.2020, 14:50
общий
Адресаты:
Вы создали дубль-Консультацию - это нарушение Правил Портала.
Вас, как Посетителя, вероятно не накажут за первое нарушение, а просто удалят дубль. Экспертам строго запрещено отвечать на дубли.
Я постараюсь отправить Вам Ответ в текущей Консультации в течение 16 часов. Сейчас "до закрытия: 1 сут. 00 час".

В нашем вымирающем поселении иногда отказывает интернет. Поэтому, если Ответа не будет в момент за 4 часа до авто-закрытия текущей консультации, и если модераторы удалят новый дубль, то просите модератов продлить текущую.

Раздел "ДругиеПрограммы" используйте в будущем, когда Вам срочно нужен Ответ, но не обязательны подробные интеграл-выкладки.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
27.07.2020, 12:45
общий
это ответ
Здравствуйте, naks1mok!
Условие: Функция задана точками на графике с длинами отрезков : A = B = 0 ; C = 3 ; D = T = 4 . Функция нечётная.
Задача: Разложить в ряд Фурье эту функцию, заданную на полупериоде [0 ; D].

Решение: На картинке Условия изображена трапеция. Однако значения A = B = 0 вырождают эту трапецию так, что точка A(A ; 0) смещается в начало координат (0 ; 0), а точка B(B , 1) смещается влево вплотную к оси OY в точку (0 ; 1). В итоге исходная функция имеет вид, показанный мною чёрным цветом на чертеже. Чертёж прилагаю ниже.

Условие "Функция нечётная" в сочетании с условием нечётности f(-x) = - f(x) означают, что функция продлевается в левую полу-плоскость симметрично относительно начала координат точка O(0 ; 0). Эту "зеркальную" часть я изобразил коричневым цветом на графике. Свойство нечётности избавляет нас от обработки левой части коричневой ломаной, её Фурье-отображение получится автоматически после вычисления Фурье-гармоник правой ломаной, если мы правильно сообразим, что интервал 0T - это полупериод, а не период.

В большинстве учебников принято обозначать период буквой T . Авторы задачи задали условие "T = 4", которое по здравому смыслу не может быть периодом, ибо период нечётной функции должен быть не менее удвоенных значений C = 3 ; D = 4 . Будем полагать, что авторы задачи проявили разгильдяйство либо умышленно запутывают студентов, проверяя прочность их знаний. Нам придётся НЕ использовать букву T в ниже-расчётах, чтобы НЕ запутать решение двусмысленным толкованием. Используем L = 4 как полупериод.

Нам предстоит интегрировать исходное значение фунции. Для этого её правую половинку представим в аналитическом виде:
f(x) = 1 при 0 < x <= 3
f(x) = 4 - x при 3 <= x <= 4

"Если данная функция интегрируема на отрезке [-L , L] , то её можно разложить в тригонометрический ряд Фурье" - это аннотация из замечательной учебной статьи "Ряды Фурье. Примеры решений" Ссылка по Вашей теме.
Общий вид полученного разложения:
f(x) [$8776$] a0/2 + n=1[$8734$][$8721$][an·cos([$960$]·n·x / L) + bn·sin([$960$]·n·x / L)]
где a0 , an , bn - так называемые коэффициенты Фурье.

"С чётными и нечётными функциями процесс решения задачи заметно упрощается… нечётная функция раскладывается в ряд Фурье т-ко по синусам" - цитаты из той же статьи, где Вы можете почитать подробные пояснения.
С учётом упрощения, наша цель - получить ряд:
f(x) [$8776$] n=1[$8734$][$8721$]bn·sin([$960$]·n·x / L) , для которого надо вычислить единственный коэффициент Фурье по формуле:
bn = (2/L)·0L[$8747$]f(x)·sin([$960$]·n·x / L)·dx

Вычисляем: b1 = (2/L)·0L[$8747$]f(x)·sin([$960$]·1·x / L)·dx = (2/4)·04[$8747$]f(x)·sin([$960$]·1·x / L)·dx = 1,210
b2 = (2/L)·0L[$8747$]f(x)·sin([$960$]·2·x / L)·dx = (2/4)·04[$8747$]f(x)·sin([$960$]·2·x / L)·dx = 0,116
b3 = (2/L)·0L[$8747$]f(x)·sin([$960$]·3·x / L)·dx = (2/4)·04[$8747$]f(x)·sin([$960$]·3·x / L)·dx = 0,276

На скриншоте я показал интеграл-формулы, графики отдельных гармоник U1(x) = b1·sin([$960$]·1·x / 4) , U2(x) = b2·sin([$960$]·2·x / 4) , U3(x) = b3·sin([$960$]·3·x / 4)
А также сумму первых трёх приближений (гармоник) S3(x) = U1(x) + U2(x) + U3(x)
Для проверки правильности вычислений я добавил в график сумму первых 7 приближений S7(x) = S3(x) + U4(x) + U5(x) + U6(x) + U7(x)
Синус-сумма S7(x) достаточно плотно "обвивает" исходную ломаную f(x) , что означает правильность вычислений коэффициентов Фурье и разложения в целом.
5
Спасибо!
давно
Посетитель
226425
1567
28.07.2020, 13:24
общий
Адресаты:
Какая красота, Владимир Николаевич!!! Я когда-то в 95 году в дипломной работе раскладывал не гармонические колебания в ряд Фурье... )) На стеклянных пластинках рисовал гармоники разными цветами и затем на кодоскопе выкладывал их друг на друга ))) какие были времена! А сейчас что???? В МАТКАДЕ задал функцию....
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
28.07.2020, 16:46
общий
Адресаты:
Вы правы : Маткад - это моя палочка-выручалочка! Без него я постоянно ошибаюсь, а пере-решивать без него - с ума сойти можно. Маткад мигом вычисляет и строит графики, но слабоват для сложных интегралов в символьном виде (в виде формул).
Для себя я решаю задачи быстро. Но чтоб показать формулы автору вопроса, приходится тормозить Маткад, не сразу показывать ему все числа, чтоб получить этапы, скриншотить их и вставить в Paint для окончательной вёрстки.

Вам я по-дружески советую переключиться с Ваших любимых jpg-картинок в точечные gif или png . Потому что при много-кратном редактировании jpg-картинки каждый раз портятся кодеком, а gif / png НЕ портятся, малы по объёму файла и наилучшим образом подходят для штриховых контрастов (схемы, чертежи, технич рисунки).
jpg хорош для полутоновых картинок (портреты, природа, натюрморты…)

Также помните об ограничении rfpro.ru-сервера на макси-размер картинки 800 пикселов. Если превысите его, сервер ужимает картинку своим каким-то топорным кодеком. Картинка уменьшается в пикселах, но ухудшается в качестве и увеличивается в файл-объёме. Я часто ужимаю свои схемы/картинки в лимит 800 pix своей опер-системой, чтоб сервер не портил качество графики.
Форма ответа