Поняття ортогональної системи функцій

Поняття ортогональної системи функцій

Определеніе1.Сістема (безліч, сукупність) функцій, визначених на відрізку. називається ортогональної на цьому відрізку, якщо при і

Зауважимо, що всі функції, що входять в систему:

є періодичними з загальним найменшим позитивним періодом 2π.

Справді, # 966; 1 (х) = 1-періодична з будь-яким, відмінним від нуля періодом, функції # 966; 2 (х) = cosx і # 966; 3 (х) = sinx мають найменший позитивний період 2π, а функції cosп x іsin пx мають найменший позитивний період. Тому число Т = 2π є з одного боку загальним, а з іншого боку найменшим позитивним періодом для всіх функцій, що входять в систему.

Теорема 1.Інтеграл від періодичної функції з будь-якого відрізку, довжина якого дорівнює позитивному періоду, не залежить від вибору відрізка інтегрування.

Дійсно, нехай Т> 0 - період функції f (x), а - довільне дійсне число. Доведемо, що

По властивості адитивності певного інтеграла

(Тому що певний інтеграл не залежить від позначення змінної інтегрування).

Отримали: i3 = - i1. отже. що й потрібно було довести.

Теорема 2.Трігонометріческая система функцій ортогональна на будь-якому відрізку довжини 2π.

З огляду на твердження теореми 1, доказ проведемо для симетричного відрізка.

Спочатку доведемо ортогональность функції # 966; 1 (х) = 1 до всіх інших:

,так як при будь-якому натуральному k функція непарна, а відрізок інтегрування симетричний.

Тепер доведемо ортогональность всіх синусів всім косинусам:

при будь-яких k і m N (навіть при будь-якому k = m), тому що підінтегральна функція непарна.

Далі доведемо ортогональность косинусів з різними аргументами, тобто при k ≠ m.

Тепер перевіримо ортогональность синусів з різними аргументами, тобто при k ≠ m.

(Див. Попередній інтеграл).

Залишилося обчислити інтеграли від квадратів функцій системи:

Визначення 3.Функціональний ряд виду

складений з функцій тригонометричної системи з

Схожі статті