题目
以2丌为周期的函数f(x)在[-π,π)上的表达式为f(x)= ) x,-pi leqslant xlt 0 0,0leqslant xlt pi .
以2丌为周期的函数f(x)在[-π,π)上的表达式为f(x)=
,f(x)的傅里叶级数在x=π处收敛于()。 A.0 B.π C.
D.
,f(x)的傅里叶级数在x=π处收敛于()。 A.0 B.π C.
D.
题目解答
答案
D
解析
本题考查傅里叶级数的收敛性,核心在于理解Dirichlet收敛定理的应用。关键点在于:
- 周期延拓:函数$f(x)$以$2\pi$为周期延拓到整个实数轴,因此$x=\pi$处的函数值等价于$x=-\pi$处的值。
- 左右极限分析:在$x=\pi$处,左极限对应原区间$[0, \pi)$内的函数值$0$,右极限通过周期性对应$x=-\pi$附近的函数值$-x$。
- 收敛值计算:根据Dirichlet定理,傅里叶级数在$x=\pi$处收敛于左右极限的平均值。
步骤1:确定左右极限
- 左极限($x \to \pi^-$):当$x$从左侧趋近于$\pi$时,$x \in [0, \pi)$,此时$f(x)=0$,故左极限为$0$。
- 右极限($x \to \pi^+$):当$x$从右侧趋近于$\pi$时,根据周期性,$x \equiv -\pi + \epsilon$($\epsilon \to 0^+$),此时$x \in [-\pi, 0)$,故$f(x)=x$,右极限为$-\pi$。
步骤2:应用Dirichlet定理
傅里叶级数在$x=\pi$处收敛于左右极限的平均值:
$\text{收敛值} = \frac{0 + (-\pi)}{2} = -\frac{\pi}{2}.$
步骤3:匹配选项
题目选项中,D选项应为$-\frac{\pi}{2}$(可能存在排版错误,原题选项D实际为正确答案)。