Главная » Просмотр файлов » 1625915351-43e2efad1a0e7d9d0e1dc364b71ca32f

1625915351-43e2efad1a0e7d9d0e1dc364b71ca32f (843924), страница 15

Файл №843924 1625915351-43e2efad1a0e7d9d0e1dc364b71ca32f (Ревина, Сазонов, Цывенкова - Задачи и решения) 15 страница1625915351-43e2efad1a0e7d9d0e1dc364b71ca32f (843924) страница 152021-07-10СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

SIN − è COS-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå140Òîãäà èíòåãðàëû J1 (R), J2 (R) ñòðåìÿòñÿ ê íóëþ ïðè R → ∞ â ñèëó ëåììûÐèìàíà-Ëåáåãà. Èíòåãðàë J3 (R) ïîñëå çàìåíû Rx = s ïðèâîäèòñÿ ê âèäóZJ3 (R) = −ϕ(0))sin sds.s|x|>RδÏîýòîìó J3 (R) → 0 ïðè R → ∞ ââèäó óñëîâíîé ñõîäèìîñòè èíòåãðàëà+∞R−∞sin ssds.Çàäà÷à 7.7. Íàéòè ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå îáîáùåííîé ôóíêöèè f (t) = tn .Çàäà÷à 7.8. Äîêàçàòü, ÷òî äëÿ îáîáùåííîé ôóíêöèè f êëàññà S 0 (R) ñïðàâåäëèâû ôîðìóëûFf (n) = (ix)n Ff,F(tn f ) = in (Ff )(n) .7.4 sin − è cos-ïðåîáðàçîâàíèÿ ÔóðüåÏðåäâàðèòåëüíî îòìåòèì ñëåäóþùèå ñâîéñòâà èíâàðèàíòíîñòè ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå.Òåîðåìà 9.

Ñïðàâåäëèâû ñëåäóþùèå óòâåðæäåíèÿ:1. ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå fb(x) ÷åòíî òîãäà è òîëüêî òîãäà, êîãäà ôóíêöèÿ f (t) ÷åòíà;2. ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå fb(x) íå÷åòíî òîãäà è òîëüêî òîãäà, êîãäàôóíêöèÿ f (t) íå÷åòíà;3. ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå fb(x) óäîâëåòâîðÿåò ñîîòíîøåíèþ fb(x) =fb(−x) òîãäà è òîëüêî òîãäà, êîãäà ôóíêöèÿ f (t) âåùåñòâåííà.Äîêàçàòåëüñòâî. Ïóñòü f (t) ÷åòíà, òîãäà1fb(−x) = √2πZ+∞eixt f (t) dt.−∞7.4.

SIN − è COS-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå141Ñîâåðøàÿ çàìåíó ïåðåìåííîé t → −t, ïîëó÷àåì, ÷òî1fb(−x) = √2πZ+∞e−ixt f (t) dt = fb(x).−∞Çàäà÷à 7.9. Äîêàçàòü óòâåðæäåíèÿ 2 è 3.Èñïîëüçóÿ ñâîéñòâà èíâàðèàíòíîñòè ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå ìîæíî ââåñòè íà ïîëîæèòåëüíîé ïîëóîñè sin − è cos-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå.Ïóñòü, íàïðèìåð, f (t) ÷åòíàÿ ôóíêöèÿ. òîãäà åå ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå òàêæå ÷åòíàÿ ôóíêöèÿ. Ñâåðíåì ôîðìóëû ïðÿìîãî è îáðàòíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå íà ïîëóîñü. Òîãäà ïîëó÷àþòñÿ ôîðìóëû ïðÿìîãî è îáðàòíîãî cos-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüår Z∞2fb(x) =cos xt f (t) dt,π0r Z∞2f (t) =cos xt fb(t) dt.π0Óñëîâèÿ ïðèìåíèìîñòè ýòèõ ôîðìóë ñîâïàäàþò ñ óñëîâèÿìè ïðèìåíèìîñòèäëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå.Çàäà÷à 7.10.Óñòàíîâèòü ôîðìóëû ïðÿìîãî è îáðàòíîãî sin-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüår Z∞2fb(x) =sin xt f (t) dt,π0r Z∞2sin xt fb(t) dt.f (t) =π0Ïðèìåð 7.7. Íàéòè cos-ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå âòîðîé ïðîèçâîäíîé ôóíêöèè f (t).7.4.

SIN − è COS-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå142Ðåøåíèå. Ïðåäïîëàãàåì, ÷òî f (t) äâàæäû íåïðåðûâíî äèôôåðåíöèðóåìà íà [0, +∞] è àáñîëþòíî èíòåãðèðóåìà âìåñòå ñî ñâîèìè ïðîèçâîäíûìèf 0 (t) è f 00 (t). Ïóñòü F (x) cos-ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå ôóíêöèè f (t). Ðàññìîòðèì cos-ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå äëÿ f 00 (t):r Z∞2cos xt f 00 (t) dt.fc00 (x) =π0Îñóùåñòâëÿÿ äâàæäû èíòåãðèðîâàíèå ïî ÷àñòÿì, ïðèõîäèì ê ôîðìóëår(Fc f )(x) = −2 0f (0) − x2 (Fc f )(x).πÇäåñü è äàëåå äëÿ òîãî, ÷òîáû ðàçëè÷àòü sin- è cos-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüåèñïîëüçóåì îáîçíà÷åíèÿ Fs è Fc .Çàäà÷à 7.11. Íàéòè ôîðìóëó äëÿ sin-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå âòîðîé ïðîèçâîäíîé ôóíêöèè f (t).Îòâåò.r(Fs f )(x) =2xf (0) − x2 (Fs f )(x).πÇàäà÷à 7.12.

Íàéòè ôîðìóëû äëÿ cos- è sin- ïðåîáðàçîâàíèé Ôóðüå ïðîèçâîäíûõ ÷åòíîãî ïîðÿäêà.Ïðèìåð 7.8. Íàéòè cos-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå ñëåäóþùèõ ôóíêöèé221). e−αx , 2). e−αx cos βx (α > 0).Ðåøåíèå.1. Èñïîëüçóÿ ñîîáðàæåíèÿ ÷åòíîñòè è ðåçóëüòàòû ïðèìåðà 7.3, èìååìFc (e−αx2r Z∞22e−αx cos xy dx =)(y) =π0r= Re 12πZ∞e−αx−∞2y2e− 4αeixy dx = √ .2α7.4. SIN − è COS-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå1432. Èñïîëüçóÿ ôîðìóëócos βx cos xy = 1/2(cos(y + β)x + cos(y − β)x),ñâîäèì âû÷èñëåíèå ê óæå ðàññìîòðåííîìó ñëó÷àþ.Îòâåò.2(y+β)√1 (e− 4α2 2α+e2− (y−β)4α).Çàäà÷à 7.13.

Íàéòè sin-ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå ñëåäóþùèõ ôóíêöèé221). xe−αx ,Îòâåò:1).y2e−√4α,y 2α2α2).1√4α 2α2). xe−αx cos βx (α > 0).((y + β)e2− (y+β)4α+ (y − β)e2− (y−β)4α).Ïðèìåð 7.9. Íàéòè ôîðìóëó îáðàùåíèÿ äëÿ èíòåãðàëüíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿr Z∞2U (λ) = (Gu)(λ) =(λ cos λx + β sin λx)u(x) dx.π0Ðåøåíèå. Ñ÷èòàåì, ÷òî u(x) ãëàäêàÿ ôóíêöèÿ, ðàâíàÿ íóëþ âíå íåêîòîðîãî êîíå÷íîãî ïðîìåæóòêà. Òàêèå ôóíêöèè íàçûâàþòñÿ ôèíèòíûìè.Èñïîëüçóÿ ñîîòíîøåíèå λ cos λx =ëó÷àåìddx (sin λx)è èíòåãðèðóÿ ïî ÷àñòÿì, ïî-r Z∞2U (λ) =sin λx(βu(x) − u0 (x)) dx.π0Ñîãëàñíî ôîðìóëå îáðàùåíèÿ äëÿ sin-ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå, èìååìr Z∞2u0 (x) − βu(x) = −sin λxU (λ) dλ.π0Ïîñëå ýòîãî u(x) ìîæíî îïðåäåëèòü, ðåøàÿ ëèíåéíîå äèôôåðåíöèàëüíîåóðàâíåíèå.

Ïðèìåíÿÿ ìåòîä èíòåãðèðóþùåãî ìíîæèòåëÿ, óñòàíàâëèâàåìðàâåíñòâîr Z∞d2(exp{−βx}u(x)) = −exp{−βx} sin λx U (λ) dλ.dxπ07.5. Ìíîãîìåðíîå ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå144Ñ÷èòàÿ, ÷òî β > 0, ïðîèíòåãðèðóåì îò x äî ∞. Ó÷èòûâàÿ, ÷òîZ∞exp{−βx} sin λx dx = Im xZ∞exp{−βx}eiλx dx =xe−βxe−βx+iλx= 2= Im(β sin λx + λ cos λx),β − iλβ + λ2óñòàíàâëèâàåì ñëåäóþùóþ ôîðìóëó îáðàùåíèÿr Z∞2λ cos λx + β sin λxu(x) =U (λ) dλ.πβ 2 + λ2(7.3)0Çàìåòèì, ÷òî ïîêà îíà óñòàíîâëåíà ëèøü ïðè β > 0.Çàäà÷à 7.14. Óñòàíîâèòü íåïîñðåäñòâåííîé ïðîâåðêîé ñïðàâåäëèâîñòüôîðìóëû 7.3 ïðè β < 0.Çàäà÷à 7.15. Íàéòè (Gu00 )(λ) äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ G, îïðåäåëåííîãî âïðåäûäóùåì ïðèìåðå.q00Îòâåò.

(Gu )(λ) =20π λ(−u (0)+ βu(0)) − λ2 (Gu)(λ).7.5 Ìíîãîìåðíîå ïðåîáðàçîâàíèå ÔóðüåÀíàëîãè÷íî îäíîìåðíîìó ñëó÷àþ ìíîãîìåðíîå ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå äëÿôóíêöèé íà Rn îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé1(Ff )(y) =(2π)n/2nãäå x, y ∈ R , (x, y) =nPj=0Zf (x)e−i(x,y) dx,Rnxj yj . Êàê è â îäíîìåðíîì ñëó÷àå ïðîñòðàí-ñòâî áûñòðî óáûâàþùèõ áåñêîíå÷íî äèôôåðåíöèðóåìûõ ôóíêöèé S(Rn )îïðåäåëÿåòñÿ êàê ìíîæåñòâî âñåõ áåñêîíå÷íî äèôôåðåíöèðóåìûõ ôóíêöèé f (x) íà Rn , äëÿ êîòîðûõ âûïîëíÿþòñÿ óñëîâèÿsup |xα ∂ β f (x)| < ∞x7.5.

Ìíîãîìåðíîå ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå145äëÿ ëþáûõ ìóëüòèèíäåêñîâ α = (α1 , α2 , ..αn ), β = (β1 , ...βn ), ãäå xα =xα1 1 , ...xαnn .Äàëüíåéøèå ñâîéñòâà ìíîãîìåðíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå ñôîðìóëèðóåì â ôîðìå óïðàæíåíèé.Çàäà÷à 7.16. Åñëè f (x) ïðèíàäëåæèò ïðîñòðàíñòâó S(Rn ), òî äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå ñïðàâåäëèâû îïåðàöèîííûå ñîîòíîøåíèÿ(F∂ α f )(y) = (iy)α (Ff )(y), (∂ α (Ff )(y) = (F(−ix)α f )(y).Çàäà÷à 7.17.

Äîêàçàòü, ÷òî îäíîìåðíîå ïðåîáðàçîâàíèå ôóðüå Fxj →yj âçàèìíî îäíîçíà÷íî è âçàèìíî íåïðåðûâíî îòîáðàæàåò S(Rn ) íà ñåáÿ, ïðè÷åìîáðàòíîå îòîáðàæåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé1(F −1 g)(y1 , ...xj , ...yj ) = √2πZ+∞g(y)eixj yj dyj .−∞Çàäà÷à 7.18. Äîêàçàòü, ÷òî ìíîãîìåðíîå ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå ïðîèçâåäåíèÿ îäíîìåðíûõ ïðåîáðàçîâàíèé:Fx→y = Fx1 →y1 Fx2 →y2 ...Fxn →ynè, ñëåäîâàòåëüíî, âçàèìíî îäíîçíà÷íî è âçàèìíî íåïðåðûâíî îòîáðàæàåòS(Rn ) íà ñåáÿ.

Îáðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîéZ1(F −1 f )(y) =f (x)ei(x,y) dx,n/2(2π)RnÌåòîä êîìïîçèöèè ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ îïðåäåëåíèÿ íîâûõ èíòåãðàëüíûõ ïðåîáðàçîâàíèé â òîì ñëó÷àå, åñëè ÷àñòü ïåðåìåííûõ ìåíÿåòñÿ íàïîëîæèòåëüíîé ïîëóîñè, à îñòàâøàÿñÿ ÷àñòü ïåðåìåííûõ ìåíÿåòñÿ íà âñåéîñè. Îãðàíè÷èìñÿ, íàïðèìåð, ñëó÷àåì ÷åòâåðòè ïëîñêîñòè. Òîãäà ìîæíîðàññìîòðåòü ñëåäóþùèå ïðåîáðàçîâàíèÿ:Fs,x1 →y1 Fs,x2 →y2 , Fc,x1 →y1 Fs,x2 →y2 , Fc,x1 →y1 Fc,x2 →y2 .Çàäà÷à 7.19. Äëÿ ââåäåííûõ ïðåîáðàçîâàíèé âûâåñòè ôîðìóëû ïðåîáðàçîâàíèÿ ôóíêöèè 4f .7.6.

Ïðèìåíåíèå èíòåãðàëüíûõ ïðåîáðàçîâàíèé ê îäíîìåðíîìó óðàâíåíèþòåïëîïðîâîäíîñòè1467.6 Ïðèìåíåíèå èíòåãðàëüíûõ ïðåîáðàçîâàíèé ê îäíîìåðíîìó óðàâíåíèþ òåïëîïðîâîäíîñòèÓðàâíåíèå òåïëîïðîâîäíîñòè íà âñåé îñèÏðèìåð 7.10. Ïðèìåíÿÿ èíòåãðàëüíîå ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå, ðåøèòüíà÷àëüíóþ çàäà÷ó(ut = a2 uxxx ∈ R, t > 0u|t=0 = ϕ(x).Ðåøåíèå.

Áóäåì ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ϕ ∈ S(R). Áóäåì òàêæå ñ÷èòàòü, ÷òîçàäà÷à èìååò ðåøåíèå u(x, t), óäîâëåòâîðÿþùåå óñëîâèÿì u, ut , ux , uxx ∈S(R) ïðè t ≥ 0. Äàííûé ôàêò ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ñëåäóþùèå îïåðàöèîííûå ñîîòíîøåíèÿ2ubt = (bu)t , ucbxx = Fx→y uxx = −y uè áóäåò îáîñíîâàí â ïðîöåññå ðåøåíèÿ çàäà÷è.Ïîñëå ïðèìåíåíèÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå óñòàíàâëèâàåì, ÷òî ub(y, t)ÿâëÿåòñÿ ðåøåíèåì çàäà÷è Êîøè(dbdt u= −a2 y 2 ubub|t=0 = ϕ(y).bÏðèìåíÿÿ ìåòîä èíòåãðèðóþùåãî ìíîæèòåëÿ, óñòàíàâëèâàåì, ÷òîd2 2(buea y t ) = 0.dt ðåçóëüòàòå èíòåãðèðîâàíèÿ ïîëó÷àåì äëÿ ub ñëåäóùóþ ôîðìóëó2 2−aub(y, t) = ϕ(y)eby t.Èç ýòîé ôîðìóëû â ñèëó ñäåëàííûõ ïðåäïîëîæåíèé óæå ñëåäóåò, ÷òîub(y, t) ∈ S(R) ðàâíîìåðíî îòíîñèòåëüíî t ≥ 0.

Òåì ñàìûì îáîñíîâàíûïðåäûäóùèå ðàññóæäåíèÿ.Ðåøåíèå èñõîäíîé çàäà÷è ïîëó÷àåòñÿ ïî ôîðìóëå îáðàùåíèÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå è èìååò âèä7.6. Ïðèìåíåíèå èíòåãðàëüíûõ ïðåîáðàçîâàíèé ê îäíîìåðíîìó óðàâíåíèþòåïëîïðîâîäíîñòè1471u(x, t) = √2πZ+∞−a2 y 2 t iyxϕ(y)ebe dy.(7.4)−∞Äëÿ âûâîäà ôîðìóëû Ïóàññîíà ïðåäñòàâèì ϕ(y)bâ ïîñëåäíåé ôîðìóëå ââèäå èíòåãðàëà è èçìåíèì ïîðÿäîê èíòåãðèðîâàíèÿ1u(x, t) =2πZ+∞Z+∞2 2ϕ(s)e−a y t eiy(x−s) dy ds.−∞−∞Èñïîëüçóÿ ðåçóëüòàòû ïðèìåðà 7.3 âûâîäèì ôîðìóëó ÏóàññîíàZ+∞u(x, t) =−∞Ââåäåì ôóíêöèþ− (x−s)4a2 t2e√ ϕ(s) ds.2a πt(7.5)x2e− 4a2 t(7.6)G0 (x, t) = √ .2a πt ýòèõ îáîçíà÷åíèÿõ ôîðìóëà Ïóàññîíà 7.6 çàïèñûâàåòñÿ â âèäåZ+∞u(x, t) =G0 (x − s, t)ϕ(s) ds.(7.7)−∞Ôóíêöèÿ G0 (x − s, t) íàçûâàåòñÿ ÿäðîì Ïóàññîíà.Çàìå÷àíèå 7.1.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
729,84 Kb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6439
Авторов
на СтудИзбе
306
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее