9. Analiza harmoniczna 65
Teraz funkcja podcałkowa jest symetryczna, co oznacza, że wartość całki w granicach od -772 do zera jest taka sama jak w granicach od 0 do 772. Można więc napisać:
9. Analiza harmoniczna 65
K
4_
T
j&/sin(
no)t)dt
4 |
ktzos{na>t) |
772 |
ksin{na>t) |
T |
nco |
0 |
n2 (o2 |
(9.6c)
Drugi człon równania (9.6c) jest wynikiem całkowania przez części. Po wstawieniu granic całkowania i uwzględnieniu, że kT=A (patrz rys. 9.2a) otrzymujemy ostatecznie:
b„ = ——■ cos(w7i) = — (-1)'7+1. (9.6d)
m. m.
Z równania (9.6d) wynika, że kolejne nieparzyste współczynniki Fouriera funkcji piło-kształtnej są na przemian dodatnie i ujemne, a ich wartości maleją ze wzrostem n. Rozwinięty szereg Fouriera ma postać:
f(t) = —sin {(ot) ——sin (2 cot) + —sin (3 cot) +... (9.6e)
71 271 371
Rysunki 9.2b i 9.2c przedstawiają sumy odpowiednio czterech i dwudziestu wyrazów szeregi Fouriera. Liczba potrzebnych składowych harmonicznych konieczna do osią-gnięcia wystarczającej zgodności z funkcją wyjściową zależy od postaci funkcji; im wykres funkcji bardziej odbiega od sinusoidy, tym liczba składników jest większa. Na przykład, dla funkcji piłokształtnej i trójkątnej dostateczną zgodność osiąga się, uwzględniając odpowiednio 20 i 4 składowe harmoniczne.
Procedura podobna do zastosowanej w powyższym przykładzie pozwala na obliczenie współczynników Fouriera również dla innych funkcji. Szczegółowe rachunki można znaleźć w innych źródłach. Poniżej podane są wyniki dla wybranych prostych funkcji.
Dla funkcji prostokątnej (antysymetrycznej względem osi Y, o współczynniku wypełnienia 0,5 i wartościach w zakresie -Al2 <f{t) < A/2):
a„ =0 |
(dla wszystkich «), |
(9.7a) | |
b = — " nn |
(dla n-2k- 1), |
(9.7b) | |
bn = 0 |
(dla n = 2 k), |
(9.7c) | |
2 A s |
2 A . |
.. £ 2A . _ |
(9.7d) |
—sin {cot) + 71 |
—sin 3n |
(icot) + —sin (5 cot) +... 57t |
W powyższych równaniach k= 1, 2, 3,..., więc na przykład 2k — 1 może przyjmować wartości 1, 3, 5, 7,...
Dla funkcji trójkątnej (symetrycznej względem osi Y, o podstawie opartej na osi Xi wysokości A):