数学中,无穷级数非常重要。它们广泛用于计算器和计算机中。
工程和科学中研究的许多现象本质上都是周期性的,例如。交流电路中的电流和电压。可以通过傅立叶分析将这些周期函数分解为单个的组成成分(谐波)。
我们的目标是使用三角函数来找到电子中出现的各种正方形,锯齿形等波形的近似值。为此,我们将越来越多的三角函数加在一起。这些特殊的三角函数的总和称为傅里叶级数。
傅里叶级数真的很有趣,因为它使用了您以前学过的许多数学技术,例如图形,积分,微分,求和符号,三角学等。
如果您遇到困难,希望这篇简易的文章对你有所,首先了解下最基本的级数形式
我们知道用泰勒级数如何将许多函数(如sin x,Inx,e^x等)重新表达为具有无限数量项的多项式。
我们看到了多项式在某个值x = a(对于泰勒级数)或x = 0(对于Maclaurin级数)附近如何是一个很好的近似值。为了获得更好的近似值,我们需要增加多项式的项。
在本篇中,我们还将根据无穷级数重新表达函数。但是,我们将不使用多项式来表示无穷级数,而是使用正弦和/或余弦函数之和。
傅里叶级数用于分析电子信号。例如,稍后我们将看到“ 快速傅立叶变换”,它讨论了在录制数字音乐时使用的脉冲编码调制。
我们绘制函数在等于0时的图形,即n=1时
添加一个正弦函数2sint,即n=2时,右边红色部分是2sint的图形
接着,增加一个周期函数-sin2t,即n=3时
我们按此规律继续增加周期函数,下图
n=6时,的图形,右边红色部分是对应增加的单个周期函数图形
n=12时,随着项数的增加,函数图形越接近一个锯齿形周期函数图形
傅里叶级数的基本思想是我们可以将周期函数分解为更简单的正弦和余弦曲线的总和