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第十五章傅里叶级数.doc
第十五章 傅里叶级数
教学目的:1、会叙述三角函数系其及正交性。能求出函数的傅里叶系数及其傅里叶级数,会叙述收敛性定理并会证明。
2、能熟练的将定义在区间及上的函数开拓成周期函数并将其展成
傅里叶级数。
3、能熟练的将定义在区间及上的函数进行奇偶开拓并将其展成正弦级数或余弦级数。
教学重点难点:重点是将函数展为傅里叶级数,难点是收敛性定理的证明。学时 的傅里叶级数、按段光滑等概念;掌握收敛性定理;会求函数的傅里叶级数展开式。
重点难点:重点掌握收敛性定理,求函数的傅里叶级数展开式。
难点按段光滑概念的理解,求函数的傅里叶级数展开式。
教学方法:讲授法
学时安排:4学时
教学过程如下:
一. 三角级数 三角函数系的正交性
三角级数的引入和定理15.1(三角级数的一致收敛定理).
三角函数系的正交性,其中任意二函数在上的积分等于零.另外,其中每一个函数的平方在上的积分不等于零.
二. 以为周期的函数的Fourier级数
设以为周期的函数,将它展开为三角级数.如果该函数一致收敛,则系数
(稍改定理15.2的说法,以重点突出”展开”)
补充定义: 设以为周期的函数,在上可积,称(1)式中的为的Fourier级数的系数,根据这些系数作出三角级数,称为的Fourier级数,
记作: .
三. 收敛定理:定理15.3及几点注解:
定理15.3 若以为周期的函数在上按段光滑,则在每一点,的傅里叶级数收敛于在点的左、右极限的算术平均值,即
其中,为的傅里叶系数.
按段光滑:
在上有定义.
在上至多有有限个第一类间断点.
在上除有限个点外都存在且连续.
在上在这有限个点处左、右极限都存在.
按段光滑的性质:
在上可积.
在上每一点都存在且有
在补充定义在上那些至多人限个不存在点上的值后(仍记为),在上可积.
注意:
在的连续点情形;2. 在的端点情形;3.积分区间可改为;
常只给在或的表达式,但应理解为为上的函数.
推论 若是以为周期的连续函数,且在上按段光滑,则的傅里叶级数在收敛于.
四.举例
例1,2
课后记:
按段光滑的性质
中的,与让同学从几何的角度去理解效果较好.
比较与的傅里叶级数的和函数的图像帮助同学们理解收敛性定理效果较好.
§15.2 以为周期的函数的展开式
授课题目:§15.2 以为周期的函数的展开式
教学目的:使学生掌握以为周期的函数的傅里叶级数展开法(运用系数公式与收敛定理);偶函数与奇函数的傅里叶级数展开法。
重点难点:重点以为周期的函数、偶函数与奇函数的傅里叶级数展开法。
难点把函数的展开成正弦级数、余弦级数。
教学方法:讲授法
学时安排:4学时
教学过程如下:
复习收敛定理并讲述该定理中的按段光滑函数的定义与性质
1. 复习收敛定理: 若以为周期的函数在上按段光滑,则在该点的Fourier级数在点收敛于在该点的左,右极限的算术平均值.
2. 上按段光滑的定义与性质(课本上的定义欠妥,稍改,性质(3条)亦稍改);
3.展开的例题:例1,2
以为周期的函数的Fourier级数
系数公式:
收敛定理同以为周期的函数的.
2. 例1.将函数展开成Fourier级数.
三.偶函数与奇函数的Fourier级数. 例2,3,4.
课后记:
以为周期的函数的傅里叶级数关键要强调变换.
对函数进行奇、偶延拓时要主意区间端点及不连续点的情况,
求系数时需主意观察,正确总结规律.
§15.3 收敛性定理的证明
授课题目:§15.3 收敛性定理的证明
教学目的:使学生理解收敛定理的证明过程。
重点难点:收敛定理的证明。
教学方法:讲授法
学时安排:1学时
教学过程如下:
一、三个预备定理及其推论
预备定理1. 若在上可积,则成立Bessel不等式
推论1. .
推论2.
(分别在上可积.)
预备定理2:
推论(补充) ;
预备定理3. 设以为周期,且在上可积,则其Fourier级数的部分和
可用积分表示为.
二、收敛定理: 若以为周期的函数在上按段光滑,则在每一点,的傅里叶级数收敛于在点的左、右极限的算术平均值,即
其中,为的傅里叶系数.
证 只需证极限
成立.
即
也就是
(10)
与
(11)
又
两边积分
由于左边为偶函数,因此两边乘以后得
从而(10)式为
(12)
令
则
再令
则函数在点右连续,因为在上至多有有限个第一类间断点,所以在上可积.由预备性定理1的推论2,
即(12)式成立从而(10) 式成立.同法可得(11)式成立.
证毕.
课后记:
这一节定理从结果到证明过程都比较抽象,在讲解时就主意知识的前后逻辑关系让学生从整体上把握这节的内容.
在讲定理证明时注重强调所用到的关键的新技巧、
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