如何從正弦函式級數展開式看出其週期為 2 ?

時間 2021-05-29 23:32:02

1樓:

由級數定義容易證明,

故只需證明 和 即可。

定義 為圓周長與直徑之比,那麼有

對 ,定義 顯然 ,我們只用證明 和 即可。

由 的級數定義容易得到

.由以上兩式容易得到乙個關於 的二階方程

.求解並代入初值就得到 。利用 式又得到 。

2樓:

剛才躺床上突然發現,把 換成乙個未知量,不就得出了兩角和的那個公式嘛(叫什麼啊想不起來了)

就是 就是

於是大部分公式都可以推出來了?

emmmmmm……三點了,看來是睡不著了,不過我似乎有了一點有趣的想法,下面進入瞎jb證環節:

假設已知 為週期函式,也即

由於 得

下證有最小正週期

假設 其中 與 不可用同一實數的整數倍形式分別表達,換言之, 不可公度,

則易證 沒有最小正週期,於是我們可以構造乙個週期列 ,使得 ,易證 為連續函式,於是

這顯然是錯的,因為通過簡單的級數運算我們知道 0" eeimg="1"/>

因此,綜上所述,如果 為週期函式,那麼它有最小正週期

但是要怎麼證明 是週期函式呢,由於熬夜過度我已經沒有思路了(倒

剛好在複習高數,摸魚上知乎

樓上有個答主列了個框架,感覺已經非常完善了。我就來個比較菜雞的。

已知 且

求證: 與 均以 為週期

可以證明,在全直線上, 絕對收斂,所以

其中, 為奇數時, , 為偶數時,

於是有,

(這裡補充說明一下:

事實上是下面這個無窮陣列,豎著一列一列依次求和

而 則是橫著一行一行來的

則表示 列首個非零項所在的行數

可以證明求和順序的改變不改變這個級數的和

觀察可以發現奇數列(由於沒用草稿紙所以這裡好像有些亂,實際上這個陣列的第一列是 的情況,換言之奇數列中 為偶數)求和的一般形式是

而偶數列求和的一般形式是

由給定條件

可以知道,奇數列求和後為 ,偶數列求和後為

換言之,上述陣列求和後變回了

也就是證明了, 以 為週期

同理,可以證明 以 為週期

顯然,這個方法過於菜雞,只是用了富比尼定理。而且 還事先給出了兩個條件。

要通過類似的思路得出三角函式的一系列性質,我覺得工作量非常大,最好的方法還是回歸幾何意義。像樓上答主那樣就感覺非常好了。

3樓:

回答取決於如何看下面這兩個等式:

如果你把它們看作已知正余弦函式的Taylor級數,那麼沒有什麼要證明的:等號兩邊的函式性質相同,週期當然是 。

但如果你把它們看作正余弦函式的定義式,題主的問題就是乙個自然的問題:怎麼證明這兩個「三角函式」與高中數學裡通過比值定義的正余弦函式是一回事(比如以 為週期)。一種較「簡單」的方法是用常微分方程初值問題最大解的存在唯一性。

但剛接觸數分的時候還沒常微什麼事情。

下面是Rudin的《數學分析原理》裡的另一種處理。(這裡只列出步驟。有空把細節補上。

值得注意的是這裡重新定義了常數 ,然後證明了這個常數的兩倍是平面上單位圓的周長,與我們「熟知」的圓周率一致。)

定義冪級數 。

證明 ;其中指數函式 定義為

(順便說一句,指數函式的等價定義有好幾個,這個定義最接近高中數學課本裡的指數函式「定義」。)

定義 於是有

。另外, 。

證明存在最小正實數 使得 。定義 。

證明(a)函式 是以 為週期的週期函式。

(b)函式和 是以 為週期的週期函式。

(c)如果 ,那麼 。

(d)如果 滿足 ,那麼存在唯一的 ,使得 。

證明曲線 (的像)是平面上的單位圓。

證明 證明 ,其中 和 是高中數學裡通過比值定義的三角函式。

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