kaoyan1basic 高等数学 第635题

教材习题

📝 题目

### 第635题 设 $\displaystyle f(x)=\left\{\begin{array}{ll}x+1, & 0 \leqslant x \leqslant \frac{1}{2} \\ x-1, & \frac{1}{2}

💡 答案解析

**答案**:B **解析**: 步骤1:由$b_n$定义知$S(x)$是$f(x)$在$[0,1]$上作奇延拓后的傅里叶正弦级数,周期为2。 步骤2:计算$\displaystyle S\left(-\frac{5}{2}\right)$。由于周期为2,$\displaystyle S\left(-\frac{5}{2}\right)=S\left(-\frac{5}{2}+2\right)=S\left(-\frac{1}{2}\right)$。 步骤3:奇延拓后,$\displaystyle S\left(-\frac{1}{2}\right)=-S\left(\frac{1}{2}\right)$。 步骤4:$f(x)$在$\displaystyle x=\frac{1}{2}$处有跳跃间断,傅里叶级数收敛于左右极限平均值:$\displaystyle f\left(\frac{1}{2}^-\right)=\frac{1}{2}+1=\frac{3}{2}$,$\displaystyle f\left(\frac{1}{2}^+\right)=\frac{1}{2}-1=-\frac{1}{2}$,平均值为$\displaystyle \frac{1}{2}$。故$\displaystyle S\left(\frac{1}{2}\right)=\frac{1}{2}$。 步骤5:因此$\displaystyle S\left(-\frac{5}{2}\right)=-\frac{1}{2}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:确定S(x)的傅里叶级数类型和周期
由b_n定义知S(x)是f(x)在[0,1]上作奇延拓后的傅里叶正弦级数,周期为2。
提示:注意正弦级数对应奇延拓,周期为2倍区间长度。
步骤 2/5
目标:利用周期性化简自变量
计算S(-5/2)。由于周期为2,S(-5/2)=S(-5/2+2)=S(-1/2)。
公式:S(x+2)=S(x)
提示:周期函数可加减周期整数倍。
步骤 3/5
目标:利用奇延拓的奇函数性质
奇延拓后,S(x)为奇函数,故S(-1/2)=-S(1/2)。
公式:S(-x)=-S(x)
提示:奇函数关于原点对称。
步骤 4/5
目标:计算f(x)在间断点处的傅里叶级数和
f(x)在x=1/2处有跳跃间断,傅里叶级数收敛于左右极限平均值。左极限f(1/2^-)=1/2+1=3/2,右极限f(1/2^+)=1/2-1=-1/2,平均值为(3/2-1/2)/2=1/2。故S(1/2)=1/2。
公式:S(x0)=[f(x0^-)+f(x0^+)]/2
提示:间断点处傅里叶级数收敛于左右极限平均值。
步骤 5/5
目标:得出最终结果
因此S(-5/2)= -S(1/2)= -1/2。

📷 拍照上传批改

拍照上传批改功能已预留入口,后续接入图片上传、OCR识别与AI批改。