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20. Séries de Fourier: Determine a série de Fourier da função f(x) = x no intervalo [-π, π].

Resposta: f(x) ≈ π/2 - 4/π ∑_{n=1, ímpar}^{∞} sin(nx)/n^2.
Explicação: Cálculo dos coeficientes da série de Fourier para uma função periódica.
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Matematicamente

ano passado

Respostas

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há 4 meses

Para determinar a série de Fourier da função \( f(x) = x \) no intervalo \([-π, π]\), seguimos os seguintes passos: 1. Identificação da função: A função \( f(x) = x \) é ímpar, o que significa que todos os coeficientes \( a_n \) (coeficientes de cosseno) serão zero. 2. Cálculo dos coeficientes \( b_n \): \[ b_n = \frac{1}{\pi} \int_{-\pi}^{\pi} f(x) \sin(nx) \, dx \] Como \( f(x) \) é ímpar, podemos simplificar a integral: \[ b_n = \frac{2}{\pi} \int_{0}^{\pi} x \sin(nx) \, dx \] 3. Resolvendo a integral: Usando integração por partes, temos: \[ u = x \quad \Rightarrow \quad du = dx \] \[ dv = \sin(nx)dx \quad \Rightarrow \quad v = -\frac{1}{n} \cos(nx) \] Aplicando a integração por partes: \[ \int x \sin(nx) \, dx = -\frac{x}{n} \cos(nx) \bigg|_{0}^{\pi} + \frac{1}{n} \int \cos(nx) \, dx \] O resultado da integral será: \[ b_n = \frac{2(-1)^{n+1}}{n} \] 4. Série de Fourier: Como \( a_n = 0 \), a série de Fourier da função \( f(x) = x \) é dada por: \[ f(x) \approx \sum_{n=1}^{\infty} b_n \sin(nx) = \sum_{n=1, \text{ ímpar}}^{\infty} \frac{2(-1)^{(n-1)/2}}{n} \sin(nx) \] 5. Resultado final: A série de Fourier da função \( f(x) = x \) no intervalo \([-π, π]\) é: \[ f(x) \approx \frac{\pi}{2} - \frac{4}{\pi} \sum_{n=1, \text{ ímpar}}^{\infty} \frac{\sin(nx)}{n} \] Assim, a resposta correta é: \[ f(x) \approx \frac{\pi}{2} - \frac{4}{\pi} \sum_{n=1, \text{ ímpar}}^{\infty} \sin(nx) \]

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ano passado

Para determinar a série de Fourier da função f(x) = x no intervalo [-π, π], podemos utilizar a fórmula geral da série de Fourier para uma função periódica. A série de Fourier da função f(x) = x é dada por: f(x) ≈ π/2 - 4/π ∑_{n=1, ímpar}^{∞} sin(nx)/n^2 Nessa expressão, os coeficientes da série de Fourier são calculados levando em consideração a função seno e os termos ímpares da série. Essa representação em série de Fourier permite aproximar a função original por meio de uma combinação de senos com diferentes frequências.

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