Упростите свой рабочий процесс: найдите miniwebtool.
Добавить
> Калькулятор коэффициентов ряда Фурье

Калькулятор коэффициентов ряда Фурье

Рассчитайте коэффициенты ряда Фурье a₀, aₙ и bₙ для любой периодической функции. Ознакомьтесь с полными вычислениями интегралов, таблицей коэффициентов, формулой частичной суммы и интерактивным графиком, сравнивающим исходную функцию с ее аппроксимацией Фурье.

Калькулятор коэффициентов ряда Фурье
⚡ Быстрые примеры
Используйте ^ для степеней, * для умножения. Поддерживаются: sin, cos, tan, exp, ln, abs, pi, e

Embed Калькулятор коэффициентов ряда Фурье Widget

О Калькулятор коэффициентов ряда Фурье

Что такое ряд Фурье?

Ряд Фурье разлагает любую периодическую функцию в сумму синусов и косинусов (гармоник). Для функции \( f(x) \) с периодом \( T \) представление в виде ряда Фурье выглядит так:

$$ f(x) \sim \frac{a_0}{2} + \sum_{n=1}^{\infty} \left[ a_n \cos\!\left(\frac{2n\pi x}{T}\right) + b_n \sin\!\left(\frac{2n\pi x}{T}\right) \right] $$

Это мощное разложение является основополагающим в обработке сигналов, физике, технике и математике. Оно позволяет выявить частотный состав, скрытый внутри любого периодического сигнала.

Как рассчитываются коэффициенты?

Коэффициенты Фурье определяются путем интегрирования произведения \( f(x) \) с каждой базисной функцией на протяжении одного полного периода:

$$ a_0 = \frac{2}{T} \int_{L}^{L+T} f(x)\, dx $$
$$ a_n = \frac{2}{T} \int_{L}^{L+T} f(x) \cos\!\left(\frac{2n\pi x}{T}\right) dx $$
$$ b_n = \frac{2}{T} \int_{L}^{L+T} f(x) \sin\!\left(\frac{2n\pi x}{T}\right) dx $$

Коэффициент \( a_0/2 \) представляет собой среднее значение функции за один период. Каждый \( a_n \) измеряет, насколько функция коррелирует с косинусоидальной волной частоты \( n \), в то время как \( b_n \) измеряет корреляцию с синусоидальной волной частоты \( n \).

Симметрия четных и нечетных функций

Симметрия функции может значительно упростить вычисления Фурье:

  • Четные функции (\( f(-x) = f(x) \)): Все \( b_n = 0 \). Ряд Фурье содержит только косинусы. Примеры: \( x^2 \), \( |x| \), \( \cos(x) \).
  • Нечетные функции (\( f(-x) = -f(x) \)): Все \( a_n = 0 \) (включая \( a_0 \)). Ряд содержит только синусы. Примеры: \( x \), \( x^3 \), \( \sin(x) \).
  • Ни четная, ни нечетная: Требуются и косинусы, и синусы. Пример: \( e^x \).

Явление Гиббса

В точках разрыва частичная сумма ряда Фурье демонстрирует осциллирующие выбросы, которые стремятся к значению примерно 9% от высоты скачка, независимо от того, сколько членов ряда используется. Это известно как явление Гиббса. Выбросы становятся уже по мере добавления новых членов, но пиковое значение выброса не уменьшается. Это заметно на графике при аппроксимации таких функций, как меандр или пилообразная волна.

Применение рядов Фурье

  • Обработка сигналов: Разложение аудио, радио и электрических сигналов на частотные компоненты для фильтрации и анализа.
  • Теплопроводность: Решение уравнения теплопроводности методом разделения переменных, где ряды Фурье представляют распределение температуры.
  • Анализ вибраций: Анализ механических колебаний и резонанса в конструкциях и материалах.
  • Сжатие изображений: JPEG и другие форматы используют близкое к ряду Фурье дискретное косинусное преобразование (DCT).
  • Квантовая механика: Волновые функции разлагаются по ортогональным базисам (обобщенные ряды Фурье).
  • Электротехника: Анализ цепей переменного тока и энергетических систем с периодическими формами сигналов.

Сходимость ряда Фурье

Свойства сходимости рядов Фурье определяются несколькими важными теоремами:

  • Условия Дирихле: Если \( f(x) \) кусочно-непрерывна, ограничена и имеет конечное число экстремумов и разрывов на каждом периоде, то ряд Фурье сходится к \( f(x) \) в точках непрерывности и к \( \frac{1}{2}[f(x^+) + f(x^-)] \) в точках разрыва.
  • Теорема Парсеваля: Общая энергия сигнала сохраняется: \( \frac{1}{T}\int_0^T |f(x)|^2\,dx = \frac{a_0^2}{4} + \frac{1}{2}\sum_{n=1}^{\infty}(a_n^2 + b_n^2) \).
  • Неравенство Бесселя: Сумма квадратов коэффициентов ограничена энергией функции, что гарантирует сходимость.

Как пользоваться этим калькулятором

  1. Введите f(x): Наберите вашу функцию, используя стандартную математическую нотацию. Используйте ^ для степеней, * для умножения и встроенные функции, такие как sin, cos, exp, abs, ln.
  2. Установите период: Введите начало и конец одного полного периода. Для стандартных \( 2\pi \)-периодических функций используйте от -pi до pi.
  3. Выберите N: Выберите, сколько членов ряда Фурье нужно вычислить (1–20). Большее количество дает более точную аппроксимацию.
  4. Проанализируйте результаты: Изучите таблицу коэффициентов, пошаговые интегралы, формулу частичной суммы, график сравнения и спектр амплитуд.

Ссылайтесь на этот контент, страницу или инструмент так:

"Калькулятор коэффициентов ряда Фурье" на сайте https://ru.miniWebtool.com// от MiniWebtool, https://MiniWebtool.com/

Последнее обновление: 21 февраля 2026 г.

Вы также можете попробовать наш AI Решатель Математических Задач GPT, чтобы решить ваши математические проблемы с помощью вопросов и ответов на естественном языке.

Избранные инструменты:

Калькулятор коэффициентов ряда ФурьеКалькулятор метода Рунге-Кутты (RK4)Калькулятор вронскианаКалькулятор следа матрицыКалькулятор ранга матрицыГенератор случайной звуковой частотыГенератор случайных аккордовГенератор случайного снаряженияГенератор случайной покерной рукиГенератор случайных шахматных дебютовГенератор случайных персонажей RPGКалькулятор сингулярного разложения SVDКалькулятор коэффициента ДжиниКалькулятор стационарного распределения цепи МарковаКалькулятор принципа голубятниКалькулятор чисел СтирлингаКалькулятор беспорядков (субфакториал)Генератор чисел КаталанаВалидатор последовательности степеней графаКалькулятор минимального остовного дереваКалькулятор кратчайшего пути ДейкстрыГенератор магического квадратаКалькулятор счастливых чиселКалькулятор гипотезы КоллатцаКалькулятор кривизныКалькулятор радиуса сходимостиКалькулятор LU-разложения матрицыКалькулятор векторной проекцииКалькулятор Грама-ШмидтаКалькулятор уравнения сферыКалькулятор расстояния от точки до плоскостиКалькулятор ортоцентра треугольникаКалькулятор центроида треугольникаКалькулятор формулы шнуркаКалькулятор цепных дробейКалькулятор модулярного мультипликативного обратногоКалькулятор расширенного алгоритма ЕвклидаКалькулятор функции ЭйлераКалькулятор китайской теоремы об остаткахГенератор диаграммы Венна (3 множества)Калькулятор теории множествГенератор таблицы истинностиКонвертер веса человек-муравейКалькулятор калорий для кошекКалькулятор экономии лампКалькулятор стоимости душаКалькулятор стоимости электричества для майнинга биткоинаКалькулятор стоимости туалетной бумагиПоиск идентификатора пользователя InstagramКалькулятор пробега клавиатурыГенератор бинго из модных словКалькулятор вероятности больничного дняКалькулятор реальной почасовой оплатыКалькулятор: Кофе или СонКалькулятор времени ответа на emailКалькулятор FIRE: финансовая независимость и ранний выход на пенсиюКалькулятор потерянного времени на дорогуСчётчик стоимости совещанияКалькулятор зарплаты в туалетеГенератор КакуроГенератор КенКен (Калькудоку)генератор-нонограмм-пикроссРешатель и тренажёр игры 24Генератор и решатель судокуКалькулятор сырной доскиКалькулятор шоколадного фонтанаКалькулятор ABV коктейляКалькулятор порций спагеттиКалькулятор времени охлаждения пиваКалькулятор тако бараКалькулятор барбекюКалькулятор передозировки кофеинаПланировщик пицца вечеринкиКалькулятор алкоголя на свадьбуКалькулятор дома из кубиков LegoКалькулятор заполнения комнаты попкорномКалькулятор удара падающей монетыКалькулятор падения сквозь ЗемлюКалькулятор радиации бананаКалькулятор энергии хомякаКалькулятор частоты ошибок телепортацииКалькулятор приготовления курицы кинетической энергиейКалькулятор подъёмной силы гелиевого шараКалькулятор времени выживания при зомби-апокалипсисеПроверка размера сканирования GooglebotКалькулятор коэффициента парковкиКалькулятор рождественской ёлкиКалькулятор вампирского апокалипсисаКалькулятор ценности пиццыКалькулятор лимонадного стендаГенератор случайного штата СШАГенератор случайных отговорокГенератор случайных занятийГенератор случайных рецептов коктейлейСлучайный выбор фильмаГенератор случайных доменных именГенератор случайных суперспособностейГенератор случайных хайкуГенератор случайных письменных подсказокГенератор случайного IMEIГенератор случайных персон пользователейГенератор случайных фиктивных адресовГенератор случайного номера портаГенератор случайного NanoIDГенератор случайного PIN-кодаКалькулятор срока службы батареиКалькулятор ширины дорожки печатной платыКалькулятор падения напряженияКалькулятор закона ОмаКалькулятор цветового кода резистораГенератор редиректов .htaccessОптимизатор SVGГенератор фавиконГенератор выражений crontabФорматировщик SQLКонвертер cURL в JSONДекодер JWTКонвертер JSON в YAMLКалькулятор конвертации дрожжейКонвертер размера формы для выпечкиКалькулятор гидратации тестакалькулятор-пекарских-процентовКалькулятор размера вышивки крестомКалькулятор тканиКалькулятор пряжиКалькулятор рассола и соленостиКалькулятор пропорций кофеКалькулятор ABV для домашнего пивоваренияКалькулятор воска и ароматического масла для свечейКалькулятор щелока для мыла (SAP)Калькулятор размера печати и разрешения (DPI/PPI)Калькулятор золотого часа и синего часаКалькулятор глубины резкости (DoF)Калькулятор вероятности броска кубиковКалькулятор расстояния между растениямиКалькулятор конвертации масштаба моделиКалькулятор грунта для аквариумаКалькулятор объема и населения аквариумаКрутить колесоБросок кубиковПодбрасывание монетыГенератор Камень Ножницы БумагаМагический шар 8Генератор случайных игральных картГенератор случайных IP-адресовГенератор случайного времениГенератор случайных датГенератор случайных координатГенератор случайного User-AgentГенератор случайных кредитных картГенератор случайного JSONГенератор случайных странГенератор случайной цветовой палитрыГенератор Правда или ВызовГенератор случайных эмодзиГенератор случайных блюдГенератор случайной турнирной сеткиГенератор распределения ГауссаКалькулятор стоимости пипаКалькулятор ежедневных сложных процентовКалькулятор стратегии МартингейлаКалькулятор критерия КеллиКалькулятор Стоп-лосс и Тейк-профитКалькулятор расширения Фибоначчикалькулятор-точки-разворотаКалькулятор крипто кредитного плечаКонвертер сатоши в долларКалькулятор арбитража криптовалютКалькулятор непостоянных потерьКалькулятор Прибыли ОпционовКалькулятор подразумеваемой волатильностиКалькулятор греков опционовКалькулятор ценообразования опционов Блэка-ШоулзаКалькулятор риска разоренияКалькулятор прибыли от короткой продажиКалькулятор маржин-коллаКалькулятор Размера Позициикалькулятор средней цены акцийУдаление Невидимых СимволовКонвертер текста в список SQLЭкстрактор Текстовых КолонокКалькулятор разности списковГенератор текста ZalgoГенератор ASCII-артГенератор невидимого текста