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狄尼定理的证明(精选篇).doc
狄尼定理的证明(精选7篇)
以下是网友分享的关于狄尼定理的证明的资料7篇,希望对您有所帮助,就爱阅读感谢您的支持。
[狄尼定理的证明篇一]
为证明定理本身,我先证明几个引理。
引理1(Bessel不等式):若函数f(x)在[??,?]上可积,则有
a02?1
??(an2?bn2)??f2(x)dx 2n?1???
a02m
证明:设Sm(x)???(ancosnx?bnsinnx)
2n?1
?
?
2
?
?
2
?
显然:?[f(x)?Sm(x)]dx?
??
?
??f
(x)dx?2?f(x)Sm(x)dx?
??
?
??S
n
2m
(x)dx (*)
a
其中,?f(x)Sm(x)dx?0
2??
??
?
??f(x)dx??(a??f(x)cosnxdx?b??f(x)sinnxdx)
n
n?1
?
?
m
??
?
由傅立叶级数系数公式可以知道:
?
?
??
2
?
f(x)Sm(x)dx?
?
2
a0???(an2?bn2)
2
n?1
m
m
a02m?2222
S(x)dx?[?(acosnx?bsinnx)]dx?a??(a?b) ??mnn0nn??2n?12n?1????
以上各式代入(*)式,可以得到:
?
?
2
0?
??
?[f(x)?Sm(x)]dx?
另
??
?
f(x)dx?
?
2
2
?
2
a0???(an2?bn2)
2
n?1
m
?
2
a0???(an?bn)?
2
2
n?1
m
??
?
f2(x)dx
这个结果对于?m?N均成立,而右端是一定积分可以理解为有限常数,据此可知“
?
2
a0???(an2?bn2)”这个级数的部分和有界,则引理1成立。
2
n?1
m
引理2:若函数f(x)是T?2?的周期函数,且在上可积,则它的傅立叶级数部分和
Sm(x)可改写为:Sm(x)?
1
?
?
??
?
1
sin(m?)u
du f(x?u)
2sin
2
a02m
证明:设Sm(x)???(ancosnx?bnsinnx)
2n?1
???11m?f(x)dx??[(?f(x)cosnxdx)cosnx?(?f(x)sinnxdx)sinnx] ?2????n?1?????1
?
?
??
?
1111
f(u)[??cosn(u?x)]du?f(x?t)[?cosnt]dt??2n?1?????x2n?1????
m
??x
m
?
1
sin(m?)u
duf(x?u)
u2sin
2
我在下边给出一个比楼主强的结论!
收敛定理:设f(x)是[a,b]的按段光滑函数,如果它满足:
(1) 在[a,b]只有有限个第一类间断点, 在补充定义后它可积(应当指出:补充定
义后,它已不是原来的函数)。
(2) 在[a,b]每一点都有f(x?0),且定义补充定义后的函数为f1(x)有:
f(x?u)?f(x?0)f(x?u)?f(x?0)
?f1(x?0),lim?f1(x?0) ?
u?0u?0uu
f(x?0)?f(x?0)
则f(x)的傅立叶级数在点x收敛于这一点的算术平均值,若
2lim?
在x连续,则收敛于f(x)。
为方便,我仅证明f(x)是T?2?的在[??,?]上的按段光滑函数(上述命题在此基础上稍加变换即可),则当x?[??,?]时有(其中an,bn是傅立叶级数系数)
f(x?0)?f(x?0)a0?
???(ancosnx?bnsinnx)
22n?1
1
证明:由引理1容易可知:lim?f(x)sin(n?xdx?0 (**)
n??20
f(x?0)?f(x?0)
?Sm(x)]?0成立,则命题得证,而若lim[
n??2
1
?sin(m?)u
f(x?0)?f(x?0)f(x?0)f(x?0)1du]lim[?Sm(x)]?lim[???f(x?u)n??n??u222???
2sin
2
1
?sin(m?)u1du?1,注意这个式子是偶函数,则另外,?
???2sin211
?sin(m?)u?sin(m?)u
f(x?0)du?f(x?0)
??u2???2sinu?02sin
22
1
?sin(m?)u1=0,则命题得证。 若lim?[f(x?0)?f(x?u)]n???u02sin
2u
f(x?0)?f(x?u)记g(u)?
uusin2
u
f(x?0)?f(x?u)有微积分知识limg(u)???f1(x?0),若g(0)??f1(x?0)
u?0?uusin
2
?
则它在0连续,由于第一类间断点只有有限个,则它在[0,?]上可积。结合(**)
?
1
sin(m?)u
1?0 式可知lim?[f(x?0)?f(x?u)]n???u02sin
2
1
0sin(m?)u1?0 同理可以证明lim[f(
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