Fourier-Zerlegung

Aufrufe: 764     Aktiv: 28.06.2019 um 15:42

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Hallo, ich müsste eine Fourier-Zerlegung durchführen. 

Mein Problem hierbei ist, dass ich nicht weiß, wie ich die Funktion am bestem umstellen soll, sodass sie sich gut integrieren lässt.

Ich dachte da an Substitution, bzw. die Funktion als sin²(t)= 1/2 (1-cos(2t)) darzustellen (gemäß Papula 7.6.4).

Grundsätzlich ist mein Problem, dass ich nicht ganz vertsehe, was ich mit der Verschiebung von -3 machen soll.

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Hallo,

 

eine Darstellungsform einer Fourier-Reihe ist:

$$f(t)=\frac{a_0}{2}+\sum_{k=1}^{\infty}(a_k\cos(kt)+b_k\sin(kt))$$

Du hast schon richtig erkannt, es gilt:

$$\sin^2(t)=\frac{1}{2}(1-\cos(2t))$$

Damit kannst du deine Funktion umschreiben:

$$f(t)=4\sin^2\Bigl(\frac{\pi\cdot t}{2}-3\Bigr)=2\biggl(1-\cos\Bigl(\pi\cdot t-6\Bigr)\biggr)=2-2\cos\Bigl(\pi\cdot t-6\Bigr)$$

Jetzt hast du ein Problem, denn du hast noch eine Verschiebung von \(-6\).

 

Es kommt aber noch ein schönes Additionstheorem um die Ecke, dass dir aus der Patsche hilft:

$$\cos(a+b)=\cos(a)\cos(b)-\sin(a)\sin(b)$$

Was soll der Scheiß? Jetzt wird doch alles viel schlimmer! Oder? Wenden wir doch mal blind an:

$$f(t)=2-2\bigl(\cos(\pi\cdot t)\cos(-6)-\sin(\pi\cdot t)\sin(-6)\bigr)$$

Gut okay, wenigstens sind \(\cos(-6)\) und \(\sin(-6)\) nur Zahlen, wir können also durch \(a\) und \(b\) ersetzen, und merken uns, wie man sie ausrechnet:
$$a=-2\cos(-6)\quad\text{und}\quad b=2\sin(-6)$$

Damit gilt:

$$f(t)=2+a\cos(\pi\cdot t)+b\sin(\pi\cdot t)$$

Hilft dir das weiter? :)

 

 

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Vielen Dank, das hilft mir echt weiter :D !   ─   boltzmann 19.06.2019 um 20:12

* \(\displaystyle \cos(x-y) = \cos(x)\cos(y)+\sin(x)\sin(y)\) – sonst ist die Antwort top! (+1)   ─   einmalmathe 19.06.2019 um 20:38

Da hast du natürlich recht, hatte mich tatsächlich beim Additionstheorem abschreiben vertippt und das falsche Theorem konsequent durchgezogen :D   ─   endlich verständlich 19.06.2019 um 20:41

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