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四、傅里叶级数(数一专项)

(一)求系数

  1. 【1991-12-8 分】 将函数 f(x)=2+x(1x1)\displaystyle f(x)=2+|x|(-1 \leq x \leq 1) 展开成以2为周期的傅里叶级数,并由此求级数 n=11n2\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n^{2}} 的和.

  2. 【1993-12-3 分】 设函数 f(x)=πx+x2(π<x<π)\displaystyle f(x)=\pi x+x^{2}(-\pi<x<\pi) 的傅里叶级数展开式为 a02+n=1(ancosnx+bnsinnx)\displaystyle \frac{a_{0}}{2}+\sum_{n=1}^{\infty}(a_{n} \cos n x+b_{n} \sin n x),则其中系数 b3b_{3} 的值为_____.

  3. 【1995-12-6 分】 将函数 f(x)=x1(0x2)\displaystyle f(x)=x-1(0 \leq x \leq 2) 展成周期为4的余弦函数.

  4. 【2003-1-4 分】x2=n=0ancosnx(πxπ)\displaystyle x^{2}=\sum_{n=0}^{\infty} a_{n} \cos n x(-\pi \leq x \leq \pi),则 a2=a_{2}=_____.

  5. 【2008-1-11 分】 将函数 f(x)=1x2(0xπ)\displaystyle f(x)=1-x^{2}(0 \leq x \leq \pi) 展开成余弦级数,并求 n=1(1)n1n2\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1}}{n^{2}} 的和.

  6. 【2023-1-5 分】f(x)f(x) 是周期为2的周期函数,且 f(x)=1x, x[0,1]\displaystyle f(x)=1-x,\ x \in[0,1],若 f(x)=a02+n=1ancosnπx\displaystyle f(x)=\frac{a_{0}}{2}+\sum_{n=1}^{\infty} a_{n} \cos n \pi x,则 n=1a2n=\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} a_{2 n}=_____.

  7. 【2024-1-5 分】 已知 f(x)=1+x\displaystyle f(x)=1+x,若 f(x)=a02+n=1ancosnx, x[0,π]\displaystyle f(x)=\frac{a_{0}}{2}+\sum_{n=1}^{\infty} a_{n} \cos n x,\ x \in[0, \pi],则 limnn2sina2n1=\displaystyle \lim _{n \to \infty} n^{2} \sin a_{2 n-1}=_____.

(二)利用狄利克雷定理

  1. 【1988-12-3 分】f(x)f(x) 是周期为2的周期函数,它在区间 (1,1](-1,1] 上的定义为 f(x)={2,1<x0x3,0<x1\displaystyle f(x)=\begin{cases}2, & -1<x \leq 0 \\ x^{3}, & 0<x \leq 1\end{cases},则 f(x)f(x) 的傅里叶级数在 x=1x=1 处收敛于_____.

  2. 【1989-12-3 分】 设函数 f(x)=x2\displaystyle f(x)=x^{2}0x<1\displaystyle 0 \leq x<1S(x)=n=1bnsinnπx\displaystyle S(x)=\sum_{n=1}^{\infty} b_{n} \sin n \pi x<x<+\displaystyle -\infty<x<+\infty,其中 bn=201f(x)sinnπxdx, (n=1,2,)\displaystyle b_{n}=2 \int_{0}^{1} f(x) \sin n\pi x dx,\ (n=1,2, \cdots),则 S(12)\displaystyle S\left(-\frac{1}{2}\right) 等于( ). A. 12\displaystyle -\frac{1}{2} B. 14\displaystyle -\frac{1}{4} C. 14\displaystyle \frac{1}{4} D. 12\displaystyle \frac{1}{2}

  3. 【1992-12-3 分】f(x)={1,π<x01+x2,0<xπ\displaystyle f(x)= \begin{cases}-1, & -\pi<x \leq 0 \\ 1+x^{2}, & 0<x \leq \pi\end{cases},则其以 2π2 \pi 为周期的傅里叶级数在点 x=πx=\pi 处收敛于_____.

  4. 【1999-1-3 分】f(x)={x,0x1222x,12<x<1\displaystyle f(x)= \begin{cases}x, & 0 \leq x \leq \frac{1}{2} \\ 2-2 x, & \frac{1}{2}<x<1\end{cases}S(x)=a02+n=1ancosnπx\displaystyle S(x)=\frac{a_{0}}{2}+\sum_{n=1}^{\infty} a_{n} \cos n \pi x<x<+\displaystyle -\infty<x<+\infty,其中 an=201f(x)cosnπx dx(n=0,1,2,)\displaystyle a_{n}=2 \int_{0}^{1} f(x) \cos n \pi x ~d x(n=0,1,2, \cdots),则 S(52)\displaystyle S\left(-\frac{5}{2}\right) 等于( ). A. 12\displaystyle \frac{1}{2} B. 12\displaystyle -\frac{1}{2} C. 34\displaystyle \frac{3}{4} D. 34\displaystyle -\frac{3}{4}

  5. 【2013-1-4 分】f(x)=x12\displaystyle f(x)=\left|x-\frac{1}{2}\right|bn=201f(x)sinnπx dx(n=1,2,)\displaystyle b_{n}=2 \int_{0}^{1} f(x) \sin n \pi x ~d x(n=1,2, \cdots).令 S(x)=n=1bnsinnπx\displaystyle S(x)=\sum_{n=1}^{\infty} b_{n} \sin n \pi x,则 S(94)=\displaystyle S\left(-\frac{9}{4}\right)=( ) A. 34\displaystyle \frac{3}{4} B. 14\displaystyle \frac{1}{4} C. 14\displaystyle -\frac{1}{4} D. 34\displaystyle -\frac{3}{4}

  6. 【2025-1-5 分】 已知函数 f(x)={0,0x<12x2,12x1\displaystyle f(x)= \begin{cases}0, & 0 \leq x<\frac{1}{2} \\ x^{2}, & \frac{1}{2} \leq x \leq 1\end{cases} 的傅里叶级数为 n=1bnsinnπx\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} b_{n} \sin n \pi xS(x)S(x)n=1bnsinnπx\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} b_{n} \sin n \pi x 的和函数,则 S(72)=\displaystyle S\left(-\frac{7}{2}\right)=_____.