13.3 习题课讲解

例 13.3.1 (例1)设f是以2π为周期的连续函数,在区间(π,π]上满足f(x)=x

(1)

f的Fourier级数,并讨论它的收敛性。

(2)

求级数112+122+132+的值。

(3)

求级数113+1517+的值。

(1) 计算可得(1)f(x)n=1+2(1)n1nsinnx=:S(x) 由Dirichlet判别法知,n=1+(eix)nn在区间[π+δ,πδ]上一致收敛,故原Fourier级数在区间(π,π)上内闭一致收敛到f。故和函数S(π,π)上连续且有S(x)=f(x),另有S(π)=S(π)=0

(2) 由Parseval等式可得(2)1πππx2dx=A022+n=1+(An2+Bn2)=n=1+4n2n=1+1n2=π26

(3) 令x=π2可得(3)π2=n=1+2(1)n1nsinnπ2=k=1+2(1)k12k1k=1+(1)k12k1=π4

例 13.3.2 (例4)设f是以2π为周期的连续函数,在区间[π,π]上满足f(x)=|x|

(1)

f的Fourier级数,并讨论它的收敛性。

(2)

求级数112+132+152+的值。

(3)

求级数114+134+154+的值。

(4)

求级数114+124+134+的值。

(1) 计算可得(4)f(x)π2n=1+4(2n1)2πcos(2n1)x 其一致收敛到f自身。

(2) 令x=0可得(5)0=π2n=1+4(2n1)2πn=1+1(2n1)2=π28

(3) 由Parseval等式可得(6)1πππx2dx=A022+n=1+(An2+Bn2)=π22+n=1+16(2n1)4π2n=1+1(2n1)4=π496

(4) 设级数收敛于S,则有(7)S=S24+π496S=π490

例 13.3.3 (例5)把区间[0,π]上的函数x2展成2π周期的正弦级数,并讨论它的收敛性。

计算可得(8)f(x)=x2sgnxn=1+[(1)n1nπ4(1(1)n)n3π]sinnx,x(π,π)