Вариант 16
1) Разложить в ряд Фурье функцию 
, заданную с помощью графика или в явном виде. Построить график суммы полученного ряда Фурье и записать 4 первых ненулевых члена этого ряда.
Разложим функцию в ряд Фурье с периодом 
:
, где:
Сумма ряда 
: 1) в точках непрерывности: 
2) в точках разрыва: 
2) Разложить в ряд Фурье по косинусам функцию, заданную графиком.
Функцию на графике можно представить в виде
Продолжим функцию четным образом до периода
: 
;
;
;
Сумма ряда : 1) в точках непрерывности:
2) в точках разрыва: . Точек разрыва нет.
3) Решить задачу Штурма - Лиувилля. Найти собственные функции, проверить их ортогональность. Разложить функцию 
в ряд по собственным функциям.
; 
.
Решение ищем в виде: 
Характеристическое уравнение 
1)
- кратный корень.
Общее решение имеет вид: 
, 
Граничные условия: 
2) 
Общее решение имеет вид: 
Граничные условия: 
Т. к. 
- тривиальное решение.
3)
Общее решение имеет вид: 
Граничные условия: 
Система собственных функций
где 
.
Проверка на ортогональность собственных функций 
Система собственных функций 
ортогональна.
Разложим в ряд по собственным функциям :
Согласно теореме Стеклова функцию можно разложить в ряд Фурье: 
,
Где 
Значит 
4) Решить задачу о свободном колебании струны длины 
м с заданными краевыми условиями 
; 
. Вычислить приближённое отклонение середины струны при 
сек, используя для этого первые три ненулевых слагаемых в разложении в ряд функции 
. Положить 
.
Решение
Будем искать решение уравнения свободных колебаний струны 
, удовлетворяющее однородным граничным условиям: 
и начальным условиям 
и представимое в виде произведения
.
Подставляем его в исходное уравнение 
Отсюда 
Следовательно: 
Граничные условия 
При
Имеем задачу Штурма –Лиувиля для X(x):
Решение ищем в виде: 
Характеристическое уравнение
1) - кратный корень.
Общее решение имеет вид: 
Граничные условия: 
2) 
, где 
- действительное число
Общее решение имеет вид: 
Граничные условия: 
- тривиальное решение.
3) 
, - действительное число
Общее решение имеет вид: 
Граничные условия: 
Если 
При этом пусть С2=1, тогда 
, при 
.
Этим же значениям 
соответствуют решения уравнения 
, имеющие вид:
Частное решение уравнения свободных колебаний струны:
Общее решение имеет вид:
Начальные условия 
Значит 
Разлагаем 
в ряд Фурье по синусам на отрезке
:
Сравнивая ряды, видим:
Общее решение представится в виде:
Приближённое отклонение середины струны 
в момент времени to =2:
, т. к.
при любом
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|
