用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

 时间:2026-02-14 01:28:40

1、先来作一个函数——x/2 的3阶傅里叶级数:

FourierSeries[x/2, x, 3】

并画出对比图:

Plot[{%, x/2}, {x, -3 Pi, 3 Pi}]

可以发现,只在区间{-Pi,Pi}上有可比性!

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

2、把级数的表达式处理一番:

FourierSeries[x/2, x, 3] // Simplify

FourierSeries[x/2, x, 3] // Simplify // TraditionalForm

FourierSeries[x/2, x, 3] // FullSimplify

FourierSeries[x/2, x, 3] // FullSimplify // TraditionalForm

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

3、用列表的形式,给出t/2的前10阶Fourier级数式:

Table[FourierSeries[t/2, t, n], {n, 1, 10}] // 

  FullSimplify // TraditionalForm

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

4、把列表里的所有表达式画到一起:

Plot[%, {t, -3 Pi, 3 Pi}]

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

5、函数t/2前10阶的Fourier级数式,对应的逼近程度(互动模拟):

Manipulate[

 Plot[{t/2, Evaluate[FourierSeries[t/2, t, n]]}, {t, -Pi, Pi}, 

  PlotRange -> 2], {n, 1, 10, 1}]

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

6、Manipulate[

 Plot[{t/2, Evaluate[FourierSeries[t/2, t, n]]}, {t, -3 Pi, 3 Pi}, 

  PlotRange -> 5], {n, 1, 10, 1}]

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

7、再尝试一些其它函数,如t^2:

Manipulate[

 Plot[{t^2, Evaluate[FourierSeries[t^2, t, n]]}, {t, -3 Pi, 3 Pi}], {n, 1, 10, 1}]

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

8、一个分段函数:

f[x_] = Piecewise[{{1, 0 <= x < Pi}, {-1, -Pi <= x < 0}}];

运行互动代码:

Manipulate[

 Show[Plot[f[x], {x, -Pi, Pi}, PlotStyle -> {Thickness[0.01], Red}, 

   PlotRange -> {-1.5, 1.5}], 

  Plot[Evaluate[FourierSeries[f[x], x, n]], {x, -Pi, Pi}, 

   PlotStyle -> {Thickness[0.01], Blue}]], {n, 1, 36, 1}]

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

9、再来一个分段函数:

f[x_] = Piecewise[{{0, 0 <= x < Pi}, {x, -Pi <= x < 0}}]

仍旧用上一步的互动代码,逼近情况的互动模拟效果如下!

用Mathematica演示级数逼近问题——傅里叶级数

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