简单幂级数的收敛发散问题问题

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5z=10x+10y
100%50%30%10%101.8【学渣告诉你】到底神马是傅里叶级数!!!!!!
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【学渣告诉你】到底神马是傅里叶级数!!!!!!
作为一个KB到极点的前T大垫纸系的学渣男孩纸,尼玛学傅里叶级数/变换的时候纯粹桑不起啊!!!!
本日志的参考文献为:陈宇航:《傅里叶级数的几何意义 – 巧妙记忆公式的方法》
版权声明:CC-BY-SA,转载需要署名,并以相同方式共享。禁止贱人@清华南都 以任何形式转载或引用本文中的任何内容,如有违犯,保留一切民事诉讼权利。&
好了言归正传!
我们的提纲如下:
<font color="#. 为什么我们要分解一个函数
<font color="#. 傅里叶级数就是三角级数
<font color="#.1 傅里叶级数就是把周期函数展开成基频和倍频分量
<font color="#.2 每个分量的大小我们用投影的方法来求。
————————————————————————
你是大学生吗?你学理工科吗?你还不知道傅里叶级数吗?你以为傅里叶和泰勒有什么亲戚关系吗?你一定听说过傅里叶展开和泰勒展开吧?展开的结果就是傅里叶级数和泰勒级数。他们是对一个函数的不同的【展开】方法。
【相信我,傅里叶分解其实巨简单!】
#【但是最开始的问题一定是:我们为什么要展开一个函数????!!!!!
一个函数:
他的泰勒展开是神马?还是y=1。
那么y=x的展开呢?
我们知道,泰勒展开是把函数分解成1, x, x^2, x^3, …等等幂级数的【和】。
就是【把一个函数变成几个函数的和】啊!!!这个展开的式子就是泰勒级数啊!!!
对函数的展开和5 = 2+3 一样一样一样的啊!!!要多简单有多简单有木有啊!!!
但是你要注意啊:
【展开的很多时候是有无限项不能穷尽的呀!】
你还记得sinx 的泰勒展开是什么吗?& sinx = 0+ x – 1/3!x^3 + 1/5!x^5 -…
(如果系数错了可千万不要吐槽啊啊啊,lz是学渣记系数记不住啊!!!!)
【那么现在提问:】你知道为什么要展开成幂级数的和吗?请看这里:
因为我们把y展开成泰勒级数 y = 1+x+x^2+x^3+x^4+…的时候我们可以无限细分得到函数在每个点的【【变化】】呀呀呀!
这和你把拆成+4+0.3+0.05+0.002一样一样一样的啊!!!
所谓对函数的无限细分,就是不断求导,得到阶变化率,从而得到这个函数到底在各个点【精细】【变化】的有多剧烈啊!还记得神马叫变化吗?位移的变化是速度,速度的变化是加速度,加速度的变化是加加速度的。一句话,【变化就是导数啊】!!!
【泰勒级数的每一阶的系数(主值)就是各阶导数啊!!】
所以泰勒级数就是在描述一个函数的各个点的变化啊啊啊!!!
——————————————————————————
喂!!!不要再跑题啦啦!!我们是要说傅里叶级数的好不好!!!!
你不认识傅里叶?没有任何关系,但是你见过三角形吗?知道三角函数吗?
傅里叶级数又叫三角级数啊。一句话就是【把一个函数y拆成三角函数的和】啊啊!!
神马,你还记得神马是三角函数吗?sinx,cosx等等。
那马展开成三角级数,简单!
y = sinx + sinx^2 + sinx^3…& 是这样吗????
【楼主,这样真的没有问题吗???】
【原谅楼主吧,上面的式子是错的!!!!!!】
当当当当!!下面才是傅里叶级数:::
y= 1 + sinx +cosx +sin2x + cos2x + …..
【这才是傅里叶级数!!!】
喂喂喂,这都是神马呀?【凭神马能拆成三角函数的和呀呀!!!】【为什么要是sinx、sin2x…呀呀呀!!!】
亲,你知道的!只有【周期】函数才有傅里叶级数嗷嗷!!也就是说只有周期函数可以拆成三角函数的和呀呀!!
【神莫】你要问非周期函数肿么办?那你就要去了解【傅里叶变换】了。我变我变我变变变。任何一个比较正常(没有间断点的函数),基本上都可以进行傅里叶变换呀呀呀!!(←_←这句话的严谨性我才不保证【严谨】性)
好好好。我们就来解释一下傅里叶级数的形式:
我们来说一下【为什么要把周期函数拆成三角函数的和】这也是和【为什么要把一个函数拆成幂级数的和】一样本质的问题。
好,周期函数总有周期吧。
比如说,你在学唱歌,喊了一秒,歇一秒,再喊一秒,歇一秒。。。。你就一直从历史喊到了未来,永不停歇。这样你的发声便是一个周期为2秒的方波。(假设你的气息平稳,喊的声音大小是不变的,噢这真是难为你了。)
就像这样:(只看上半部分!!)
画图的这玩意儿叫MATLAB。好NB的赶脚。
你以为你的声音就仅仅是周期为2秒的方波这么简单吗?大错特错!
告诉你!你的声音是很多个不同频率的正弦波组成的!!!(虽然你也可以认为方波而不是正弦波是组成世界的基础【哈哈这样的想法是对的!持有那样想法的人搞出来了沃尔什变换!就是用一系列周期为1/2^n的函数来模拟原来的函数。】)
那你知道你想知道为什么分解成三角函数的和(正弦波)那么重要吗??
那是因为,我们知道,对于一个周期函数来说,和周期对应的叫频率。频率表示了周期性变化的快慢(比如说振动的快慢)。我们知道弹簧是有振动频率的、电磁波是有振荡频率的,光也是有频率的。
那么【频率就是这些物质的本质属性。】
(表忘了楼主成经是KB的垫纸男。。。)在电子学里,我们知道电容是隔直通交的。但是怎么一个“隔直通交”法呢?其实这就是电容对不同频率的电学量(比如电压和电流)的频率特性不同的体现。对于频率为0的电压,不论有多少电压,它的电流都为0,对于频率为为w(跟我一起念:【欧米茄】)的电压,会产生与w和电压U成正比的电流。所以说我们要把一个函数分成不同频率的分量。
【喂喂喂先等等,分解成不同频率没问题,那凭什么是正弦/余弦的频率呀!!!】
【废话】因为正弦/余弦函数是【二阶偏微分方程】(就是含有电容等元件的电路方程)的【本!征!解!】。
【多说一下。。】这个世界上只有两种东(函)西(数)能够满足给自己求二阶导还是这种函数自己本身(仅相差常数系数和正负号),一种就是e^x,另一种就是sinx、cosx。(后人又在复数域里统一了他们成为e^z = e^x * e^yi))别问我为什么。。。要问就问【e是什么】和【什么是欧几里得空间/为什么勾股定理成立】
所以呢,对于一个一般的物理量(电学量)来说,它可能不是正弦函数/余弦函数。但他们都是可以拆成不同频率的三角函数的组合的。【最为最为重要的是】,对于某种单频的三角函数,电路系统(或者多数其他物理系统),对【某种频率】的三角函数的输入的【【【响应】】】还是【同频率】的三角函数,只可能是相(前)位(后)或者幅(大)度(小)发生变化。【骚年!你终于知道神马叫上面说的【二阶偏微分方程的【本!征!解!】了吧!!只有e^x 和coswx, sinwx 响应才会是形式不变的呀呀!!】
好好好,又废了不少话。不过我们已经大工告成一半了。
【我们知道我们要把函数展开成三角不同频率的三角函数的和】 【而且系统对某种频率的【三】【角】【函】【数】的响应方式还是【同频率的三角函数】,所以响应也是对这些不同【三】【角】频率【响应的叠加】(这叫什么,这就叫频域分析,这就叫信号与系统!!)【我们又说多了摔。。】
我们回来看看下面这个真实的例子,这也是一个方波(只不过它是从正到负的,相当于我们之前的方波下移了1/2A【A是幅度】),下面好好欣赏一下彩图吧!我们可以看出来,它是由sinx,sin3x,sin5x,sin7x组成的。我们如果把一个方波放到一个电路里的话,它出来的绝不是方波,但却是对sinx,sin3x,sin5x,sin7x…分别的反馈的叠加(分别是系统对sinx,sin3x,sin5x,sin7x的反馈的叠加…)。
再回来看看我们的傅里叶级数的公式吧:
好复杂啊有木有!!!
【尼玛这样的数学就是唬人的!!!】
公式里的l是周期的一半(或者说周期是2l)。
用这个式子我们就可以表示周期是2l的【各种样子】的周期函数。就像我们上面的方波那样。而1/2l就是它的【基频】。之所以所有的频率都是【基频的倍数】那是因为它要符合【(周期性)边界条件!!】
好吧可是为什么又有cosx又有sinx??!好难看的公式有木有!!
其实分明就应该是
f(x) = a0 + A1sin(w1x + phi1) +A2sin(2w1x +phi2) + …
【不】【要】【把】【相】【位】【拆】【开】呀好不好,还弄个an、bn搞得一团糟啊啊!
但是你把相位拆开了就是上面的式子啊啊啊!!
但你要知道,这个【相位是多少】【我们是不知道的】,为了求相位我们需要把每一个频率(k)的coskx的幅度和sinkx的幅度都搞清楚再求出来啊啊,所以ak和bk这两个系数合起来才能搞清楚Ak和phik啊!!
【一句话,傅里叶级数就是】
把周期函数拆开成 常数(直流分量)+一倍频分量+2倍频分量+…这么简单的一件事啊啊!!
#【可是拆开的每个分量的大小我还不知道啊啊!!】
你要告诉我系数a0 a1 a2 a3 b1 b2 b3都怎么算啊啊!!!
怎么算,拿【投影】算啊啊!!你没学过函数的投影你还没学过向量的投影吗啊啊!!
向量的投影是直接用a·b啊啊。函数的投影是神马?是下面这个东东啊啊!!
【一个函数u和一个函数v的内积】就是他们俩相乘,然后在全区间上积分啊!
可不可以说人话!!!【神马!让我说人话??!!要把我搞疯掉是不是!!】
在周期函数里区间端点a和b就是任何一个长度为2pi的区间端点啊啊,我们一般取的是好算的0和2pi,你要取-pi和pi是一样一样的,因为他们都是周期重复的啊啊。
为神马要积分搞不懂啊啊,积分就是就是【累加】啊啊,你把两个函数在每一个对应点x上面都相乘了然后取个积分就是对两个函数所有的a到b上的函数值做乘积再累加啊啊!!
那么我们把【u取f(x)】,把【v分别取1,sinx, sin2x, sin3x, …, cosx, cos2x, cos3x,…】 这就是【做投影】就能【得到每一个频率的各自部分的分量大小】啊!!
为什么像【这样做内积】就可以呢??
当当当当,这里出来了一个重要的概念,大名鼎鼎的【完备【单位】正交基】啊啊!【尼玛劳资被线性代数虐过一千遍对这个词汇那是刻骨铭心啊!!】
【完备】是说你用1,sinx, cosx, sin2x, cos2s, sin3x, cos3x, …【完全】能够【把一个函数f(x)表示】出来啊(就像用1, x, x^2, x^3 …可以表示f(x) 是一样的)。
那【蒸(正)饺(交)】又是神马呢?【正交】就是说他们两两都【不】【相】【关】啊!!
你看下面的式子(积分号这么写你还一定看得懂啊啊!!)
S(0,2pi) [1 * sinx dx] = 0 。
S(0,2pi) [sinmx * cos nx] = 0 。
S(0,2pi) [sinmx * sin nx] = 0
两两相乘在区间内累加都等于零啊!!
不要问我为什么刚刚好都等于零,这个问题我只能回答【世】【界】【真】【奇】【妙】啊啊!!
【喂喂喂,两两不相关还没完,单位正交基还要求每一个的长度为1你都忘了喂!!!】
S(0,2pi) [1 * 1 dx] = 2pi&&&&&&& 【打叉叉】不是【单位正交基】
S(0,2pi) [sinkx * sinkx dx] = pi&& 【打叉叉】不是【单位正交基】
【都。。。。。不等于一。。。。就把它变成一!!!!】
S(0,2pi) [1/sqrt(2pi) * 1/sqrt(2pi) dx] = 1
S(0,2pi) [1/sqrt(pi)sinkx * 1/sqrt(pi)sinkx dx] = 1
所以你懂不懂啊,傅里叶分解真正的基底是下面这些啊啊!!
<font color="#/sqrt(2pi)、1/sqrt(pi)sinx、1/sqrt(pi)cosx、1/sqrt(pi)sin2x、1/sqrt(pi)cos2x…
我告诉你你之所以【把f(x)和上面的任何一个相乘再再去取积分】就【得到了某一个的系数】是因为你在积分的时候其实把其他的基底的分量都【积掉了】了呀呀!!【就像你面前放了一个番茄一个黄瓜你拿一个红色的眼镜一看!黄瓜木有啦啦啦!!!或者如果你要看黄瓜你就换一个绿色的眼镜!!!番茄木有啦啦啦!!!这样说还不明白吗!!!】
那你知道了【周期为2l】的单位正交基就是:
<font color="#/sqrt(2l)、1/sqrt(l)sinx、1/sqrt(l)cosx、1/sqrt(l)sin2x、1/sqrt(l)cos2x…啊!!
你要算系数还是用f(x)和每一个相乘再求积分就出来了啊!!傅里叶分解就是这么简单啊啊!!
我们用最简洁的几张图重放一遍:
傅里叶级数就是把f(x)拆成不同频率三角函数的和:
用内积的方法分解出每一个分量的系数:
下面更直接地写出了怎么用内积的方法计算系数【骚年,有木有看到啊,非单位化的基底有多么难看啊!!】
我该说的都说完了,你到底懂没懂啊!!(没懂的自行在下面默默留言。。)
————————————————————————————————
关于复数形式e^jx的傅里叶级数,
以及对于非周期函数的傅里叶变换,
同样是“【很简单】”的事情。
但是里面分别涉及到了【对e^jx的理解】(以及对欧拉公式的探讨)和对【离散与连续的分析】。lz还没有准备好。所以这里就先写这么多了。不过有一点确定的是,使用复数形式的傅里叶级数和傅里叶变换是比三角形式的傅里叶级数要“简化先进”的。以及傅里叶变换本来不应该用从傅里叶级数逐渐演变的方式引入的。欢迎探讨。敬请期待。
感谢万门大学打开了知识分享的大门,感谢作者陈宇航提供的公式图片。
@万门大学教育系
fangyang08
<font color="#.3.26-27
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简单函数项级数问题
为什么[x]&1就有极限,大于就没,还有Sn为什么有有限个相加,不是无穷多个相加吗,解释详细点
我有更好的答案
2)[1+(-1)&#8319,(-x)^(n+1)→0;若|x|&1,则当n→∞时。Sn(x)就是数列{(-x)^(n-1)}的前n+1项的和,当n为奇数时,Sn(x)=0;当n为偶数时,(-x)^(n+1)→∞;若x= -1,则Sn(x)=n,当n→∞时,Sn(x)→∞;若x=1,则Sn(x)=(1/]若|x|&1,则当n→∞时,为有限项的和,只有当n→∞时才是无穷项的和,Sn(x)=1,Sn(x)的极限不存在,所以当n→∞时
那为什么1+x+x^2+……+=1&#47;x-1
当|x|&1时,1+x+x^2+……=1&#47;(1-x);当|x|≥1时,1+x+x^2+……不存在!
|x|≥1,是无穷大吗
无穷大也是不存在。注:若|x|≥1,或x=1,则1+x+x^2+……趋向于无穷大;若x= -1,则1+x+x^2+……不存在(而且并非趋向于无穷大!)。
为什么X&1就存在
不是x&1,而是|x|&1。此时为无穷递缩等比数列各项的和。
为什么会是无穷递缩等比数列,看不懂,望解释
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标题:简单的max函数问题!!!
等 级:新手上路
结帖率:100%
&&已结贴√
&&问题点数:20&&回复次数:15&&&
简单的max函数问题!!!
大虾们&&&看看这个哪里不对了!!!!!!
&&&&&{ int a,b,c;
&&&&&&&&scanf(&%d%,d&,&a,&b);
&&&&&&&&& c=max(a,b);
&&&&&&&&&&&&printf(&max=%d&,c);
&&&&&&&&&&&&getch();
&&&&&&int max(int x,int y);
&&&&&&&&& {
&&&&&&&&& if (x&y) Z=X;
&&&&&&&&& else z=y;
&&&&&&&&& return(z);
&&&&&&&&& }
[ 本帖最后由 a3051211 于
17:26 编辑 ]
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等 级:论坛游侠
帖 子:32
专家分:100
你在max函数里定义了一个变量Z,这个变量在函数max调用执行完毕后自动被编译器在内存中注销,所以
楼主想在一个函数里返回一个局部变量的值,是达不到楼主所想要的目的的。
解决问题的方法1:可以适当修改下函数max,给max再传一个参数,专门用来得到最终的结果,但是注意
这个参数一定要是引用传递喔!
解决问题的方法2:最快也是最简单的方法,将max函数里的放到main()的上面一行,也就是把Z
定义为一个全局变量,然后OK了。
天道酬勤!
等 级:千里冰封
帖 子:1555
专家分:10000
求两个数中的较大值,没必要用这么复杂,函数中一个表达式就够了。用三元表达式。
#include &stdio.h&
int max(int,int);
int main(void)
&&& int a,b,c;
&&&&&&&&scanf(&%d,%d&,&a,&b);
&&&&&&&&c=max(a,b);
&&&&&&&&printf(&max=%d\n&,c);
&&& return 0;
int max(int x,int y)
&return (x&y ? x:y);
你的原来程序好多错误
1. scanf(&%d%,d&,&a,&b);逗号位置错了
2.函数定义后面不能有分号,声明才需要分号
3.你的函数体里面怎么用了大写的Z?
4.头文件不要?
我用的是gcc编译器,getch去掉了,你如果在windows下面调试,自己加上吧
[ 本帖最后由 pauljames 于
17:52 编辑 ]
经常不在线不能及时回复短消息,如有c/单片机/运动控制/数据采集等方面的项目难题可加qq。
等 级:新手上路
回复 2楼 luyi_footman
附件: 您没有浏览附件的权限,请
等 级:新手上路
回复 3楼 pauljames
多谢&&&疏忽了!!!!!!!
等 级:侠之大者
帖 子:140
专家分:470
楼主的这个程序问题多多,先不说能不能得到正确的结果,如果把你的这个程序copy后直接编译的话
根本编译不成功的!
[1]scanf(&%d%,d&,&a,&b);这样能等到你想要的输入结果吗?
应该这样才是你所要的结果吧:
scanf(&%d,%d&,&a,&b);
[2] if (x&y) Z=X;这里的Z=X都是大写的,c语言对大小写是敏感的,编译时会报错,Z,X没有定义
&if (x&y) z=x;
[3] getch();是需要包头文件conio.h的,#include &conio.h& 可能有的编译器不需要,这个我不知道了.
[4]int max(int x,int y);
&&&&&&&&& {
这里是函数的定义,int max(int x,int y)后面要紧跟{ ,不能加分号的
[5]函数在使用前都要声明的,由于你的max()函数定义在main()后面的,而你又在main()
中调用了max()函数,所以一定要在调用其之前声明该函数的,函数声明是这样的
int max(int x,int y);
一般放在main()之前就可以了!
这样修改后应该能得到你想要的结果了!
希望你能自己修改完成这个程序!
如有不当之处,请不吝赐教,谢谢!
注:光闷头写了,发表时才看到已经有详细的说明了,真是不好意思啊,算我没说
[ 本帖最后由 Luminal 于
18:01 编辑 ]
等 级:论坛游侠
帖 子:70
专家分:121
我想请问一下哦~~max函数可以放到主函数后面来使用??!!!
行动是治愈恐惧的良药,而犹豫、拖延将不断滋养恐惧。
等 级:侠之大者
帖 子:140
专家分:470
回复 7楼 lxk115
程序代码:#include &stdio.h&
int max(int x,int y);
void print(char* str,int x,int y);
int main()
&&& int a,b;
&&& scanf(&%d,%d&,&a,&b);
&&& print(&Max=&,a,b);
&&& return <font color=#;
&int max(int x,int y)
&&& if(x&y)return
&&& return
void print(char* str,int x,int y)
&&&&&&x=max(x,y);
&&&&&& printf(&%s%d\n&,str,x);
不知道这样能不能解答你的问题!
来 自:广东潮州
等 级:小飞侠
帖 子:1182
专家分:2784
回复 楼主 a3051211
越看越郁闷!! 仅供参考:
max函数你的头文件呢, &&getch();某些编译器,需要头文件! #include&stdio.h&跑哪了输入,输出函数都成黑户了, scanf(&%d%,d&,&a,&b);逗号放错地方了, int max(int x,int y);分号
&&&&&&&&& {
&&&&&&&&& if (x&y) Z=X;
&&&&&&&&& else z=y;
&&&&&&&&& return(z);
&&&&&&&&& }
我感觉你字母的大小写乱用
[ 本帖最后由 A 于
18:29 编辑 ]
一步一个脚印...............................默默地前进.....
诚邀乐于解答c菜鸟问题,的热心网友加入,&&QQ群
来 自:广东潮州
等 级:小飞侠
帖 子:1182
专家分:2784
回复 8楼 Luminal
你的代码有问题,自己去编译下吧!
一步一个脚印...............................默默地前进.....
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