バックナンバーはこちら。
https://www.simulationroom999.com/blog/compare-matlabpythonscilabjulia5-backnumber/
はじめに
フーリエ係数に至る道。
フーリエ係数を求める式の一般化について。
今回はcos成分中心
登場人物
博識フクロウのフクさん

イラストACにて公開の「kino_k」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=iKciwKA9&area=1
エンジニア歴8年の太郎くん

イラストACにて公開の「しのみ」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=uCKphAW2&area=1
【再掲】フーリエ係数に至る道

まずは、フーリエ係数に至る道を再掲。
- 偶関数
- 奇関数
- 関数の内積
- 三角関数の加法定理
- 三角関数の積和公式
- 重要な極限値
- 三角関数の直交性
- フーリエ係数

今回はフーリエ係数の話の続き。
フーリエ係数を求める式の一般化について。
フーリエ係数を求める式の一般化

前回は、フーリエ係数の\(a_1\)を求めるのをやったね。

実際には\(a_n\)のnは\(\infty\)までということになってる。

え゛

というわけで、フーリエ係数を求める式の一般化が必要と言うことになる。
フーリエ係数を求める式の一般化(cos関数)

一般化というと、\(a_1\)以外にも適用可能な式を求めるってことだよね?

そうだね。
まぁ、前回の流れを知って居れば、それほど難しくはない。
まずはcos関数に着目したものだ。
\(
\begin{eqnarray}
\displaystyle f(x)\cdot\cos(nx)&=&\frac{a_0}{2}+\sum_{n=0}^\infty (a_n\cos(nx)+b_n\sin(nx))\cdot\cos(nx)\\
\displaystyle &=&\frac{a_0}{2}\cdot\cos(nx)+a_1cos(x)\cdot\cos(nx)+\dots+{\color{red}a_n\cos(nx)\cdot\cos(nx)}+\dots\\
&=&a_n\cos(nx)\cdot\cos(nx)\\
&=&a_n\pi\\
\displaystyle\therefore a_n&=&\frac{f(x)\cdot\cos(nx)}{\pi}=\frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\cos(nx)dx
\end{eqnarray}
\)

数式の流れとしては、前回\(a_1\)を求めるときと一緒か。

この式を使えば、どの\(a_n\)でも求められるということになる。

なるほど。
これが一般化ってことか。
まとめ

まとめだよ。
- フーリエ係数anを求める式の一般化。
- 流れとしては前回のa1を求める式と同じ。
バックナンバーはこちら。
マンガでわかるフーリエ解析
手を動かしてまなぶ フーリエ解析・ラプラス変換
物理数学 量子力学のためのフーリエ解析・特殊関数
単位が取れるフーリエ解析ノート
今日から使えるフーリエ変換 普及版 式の意味を理解し、使いこなす
コメント