科学图表演示

傅里叶级数

用正弦级数的部分和逼近方波与锯齿波,并观察间断处的吉布斯现象。

方波与锯齿波都可以写成正弦级数。点选方波或锯齿波,再把项数 N 从 1 拖到 40:虚线是区间 [-π, π] 上的目标波形,实线是当前的部分和。方波在 (0, π] 取 1、在 [-π, 0) 取 -1;锯齿波的目标是 x/2。

sN(x)=4π∑m=0N−1sin⁡((2m+1)x)2m+1s_N(x)=\frac{4}{\pi}\sum_{m=0}^{N-1}\frac{\sin((2m+1)x)}{2m+1} sN(x)=2π∑k=1N(−1)k+1ksin⁡(kx)s_N(x)=\frac{2}{\pi}\sum_{k=1}^{N}\frac{(-1)^{k+1}}{k}\sin(kx)

在间断点附近,部分和会留下不随项数增大而消失的过冲,振荡只是越来越窄地挤向跳变处,这就是吉布斯现象。

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