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Encontrar el límite que implica los coeficientes de Fourier,

Dada la función $f(x) = 1 - \dfrac{|x|}{\pi}$ , había calculado sus coeficientes de Fourier, utilizando la integración por partes y obtuve:

$$ a_n = \begin{cases} 0, & \text{for $n$ even}, \\[6pt] \dfrac{2}{n^2\pi^2}, & \text{for $n$ odd}, \\[6pt] \dfrac{1}{2}, & \text{for }n = 0. \end{cases} $$

Entonces, sé que los coeficientes decaen como $\dfrac{1}{n^2}$ .

¿Y si ahora tomo $f(x)$ para ser $\left(1 - \dfrac{|x|}{\pi}\right)^4$ .

¿Qué es? $\lim\limits_{n\to\infty}$ $n^3a_n$ ?

Esta es la segunda parte de una pregunta en la que estoy trabajando, y la pregunta no pide una prueba detallada sino sólo la respuesta y el razonamiento que la sustenta.

Gracias,

Edición: Por supuesto, si iteramos la integración por partes suficientes veces, podemos calcular los coeficientes de Fourier para la nueva función. Pero esto es un poco de cálculo y estoy seguro de que no es el punto de la pregunta - parte 1 de la pregunta ya pidió el cálculo explícito de la $a_n$ 's. No estoy seguro de cómo proceder, sin el cálculo directo. Tal vez hay condiciones de decaimiento / crecimiento de la $a_n$ y propiedades de convergencia de las series de Fourier que no conozco...

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Normal Human Puntos 45168

Si $f$ tiene la serie de Fourier $\sum a_n \cos nt+b_n\sin nt$ entonces $f'$ tiene la serie de Fourier $ \sum na_n \cos nt-na_n\sin nt$ . (Los trato como series formales, sin hacer afirmaciones sobre su convergencia). Así pues, siempre que se vean coeficientes de Fourier multiplicados por potencias de $n$ Piensa en los derivados.

Así que la idea natural es considerar $f'''$ pero la diferenciabilidad de $f$ no es tan grande... lo que me hace pensar en la segunda idea.

Supongamos que $n^3 a_n$ está acotado. Entonces la serie para $f'$ tiene coeficientes limitados por $C/n^2$ . (En su caso, todos los $b_n$ desaparecen ya que la función es par). De ello se desprende que $f'$ está representada por una serie de Fourier uniformemente convergente, y por tanto es continua.

Sin embargo, para $f(x)=(1-|x|/\pi)^4$ la derivada $f'$ no es continua en $0$ . Por lo tanto, $\lim n^3 a_n$ no existe.

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