Q1: Séries de Fourier
o que é?
Simplifica a visualização e manipulação de funções complexas
forma geral da série:
Uma forma de série trigonométrica usada para representar funções infinitas e periódicas complexas dos processos físicos, na forma de funções simples como seno e cosseno
onde os coeficientes a0, an e bn variam de acordo com a função que será representada, no período fundamental 2L.
r(t)=a02+∞∑n=1[an∗cos(nπtL)+bn∗sen(nπtL)]
Esses coeficientes são as amplitudes de cada onda em série.
São obtidos pelas seguintes fórmulas:
$$ a_0 = \frac{1}{L}\int\limits_{c}^{c+2L} f(t)dt $$
$$ a_n = \frac{1}{L} \int\limits_{c}^{c+2L}f(t)cos(\frac{n \pi t}{L})dt$$
$$ b_n = \frac{1}{L} \int\limits_{c}^{c+2L}f(t)sen(\frac{n\pi t}{L})dt $$
exemplo
aplicações
Criada em 1807 por Jean Baptiste Joseph Fourier
"Matemático francês reconhecido por iniciar a investigação sobre a decomposição de funções periódicas em séries trigonométricas convergentes, as chamadas séries de Fourier."
(1768-1830)
Técnicas de compactação digital
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cancelamento de ruído nos fones de ouvido
Propriedades
Funções pares e ímpares
Fenômeno de Gibbs
Teorema de Parseval
Considerando uma função f(t), com período T e representável por uma série de Fourier, a seguinte identidade é válida:
$$ \frac{1}{T}\int\limits_{0}^{T} |f(t)|^2 dt = \sum\limits_{n=-\infty}^{\infty} |C_n|^2 $$
A paridade das funções nas séries de Fourier transparecem nos coeficientes:
f(t) = função ímpar
$$a_0=0 $$
$$a_n=0, n\geq 1$$
$$ b_n=\frac{2}{L}\int\limits_{0}^{L}f(t)sen(\frac{n\pi t}{L})dt, n\geq 1 $$
f(t) = função par
Sinais discretos
Aplicações na matemática
Linearidade
Transformada da derivada e da integral
Simetria ou dualidade
Inversão temporal
Deslocamento na frequência
Deslocamento no tempo
Conjulgação
Modulação
Mudança de escala
"A convergência das somas parciais de séries de Fourier de funções suaves por partes em torno de um salto, encontra-se oscilações cujas amplitudes não convergem para zero."
$$b_n=0, n \geq 1$$
$$a_n=\frac{2}{L}\int\limits_{0}^{L}f(t)cos(\frac{n\pi t}{L})dt, n\geq0$$
A expansão da função f(x) que tem período 2π
coeficientes:
logo:
$$ f(x)=\frac{\pi}{2} + \sum\limits_{n=1}^{\infty}(\frac{2}{2n-1}sen[(2n-1)x]) $$
$$a_0=\pi$$
$$a_n=0$$
$$b_n=0, n=par$$
$$b_n=\frac{2}{n}, n=impar$$