Fourier à l'envers :

Bonsoir,

Quelqu'un pourrait il m'aider à trouver une fonction paire, $2 \pi$ périodique, et $C^1$ par morceaux, telle que ses coefficients de fourier en cosinus soient égaux à $\frac{1}{4n+1}$.

J'ai regardé vite fait mais je crois que la mise en équation directe à partir de la condition sur les coefficients de fourier en cosinus : $\frac{1}{\pi} \int_{-\pi}^{\pi} f(t)cos(nt) dt = \frac{1}{4n+1}$ ne donne rien.

C'est du même degré que pour un créneau, alors j'ai essayé en modifiant un peu le signal créneau mais pour l'instant je n'ai pas trouvé.

Je vais essayer de regarder dans mon cours d'éléctrocinétique, voire si je trouve un signal dont la série de fourier ressemble (en fait c'est surtout le "+1" au dénominateur qui m'embête).

Si quelqu'un à une méthode raisonnée pour construire une fonction a partir de la série de fourier, je suis preneur :-)

(je voudrai me servir de cette fonction pour exprimer la somme de la série)

Réponses

  • J'ai une petite idée qui s'écrit formellement :

    $$\sum_{n\geq 0} \frac{\cos(nt)}{4n+1}=\int_0^1 Re\left(\sum_{n\geq 0}(u^4e^{it})^n\right)du=\int_0^1 Re\left(\frac{1}{1-u^4e^{it}}\right)du=\int_0^1 \frac{2-2\cos(t)u^4}{1-2\cos(t)u^4+u^8}du$$

    Mais même Maple est réticent à calculer la dernière intégrale... alors je ne suis pas sûr que ça aide !
  • Bonjour,

    Le calcul est assez ardu car des précautions sont à prendre du fait que la série tend vers l'infini pour certaines valeurs de t (pour t=0 entre autres...).
    La page jointe ne donne que le canevas du développement conduisant au résultat final (sauf erreur. Néanmoins j'ai fait des vérifications par calcul numérique et la formule trouvée semble correcte).4498
  • Jolie formule !
  • Il y a vraiment des brutes sur ce forum :)

    En tout cas merci pour tes efforts JJ,

    En prolongeant correctement la restriction de ta fonction à $[ 0,\pi ]$ sur $\R$ pour qu'elle soit paire et $2 \pi$ périodique, on obtient une fonction $f$ qui n'est pas $C^1$ par morceaux. Ca m'ennuie un peu parce que du coup je ne peut plus justifier de la convergence simple de la série de fourier vers f.

    Cela n'a pas grande importance, étant donnée que la série $\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{4n+1}$ dont je voulais la somme peut se résoudre assez simplement par des méthodes plus classiques.

    Je voulais juste savoir si il n'y avait pas moyen d'arriver rapidement à la fonction recherchée en modifiant les paramètres d'un signal connu par exemple (carré, triangle, que sais-je). J'aurais alors pu exhiber une fonction dont la valeur en pi me donnait la somme recherchée, en justifiant l'égalité par le théorème de convergence de Dirichlet.


    Mais apparemment le calcul que tu as fait était plutôt technique, et l'adjectif 'rapidement' semble caduque :-) Et puis comme tu as apparemment obtenu la fonction en sommant la série de fourier, il serait assez absurde de s'en servir pour trouver la somme de cette série pour une valeur particulière de t. D'autant que comme je ne peut pas utiliser dirichlet (fonction non $C^1$ par morceaux), je suis obligé de montrer le calcul que tu as fait pour justifier la convergence.

    En revanche le calcul littéral confirme tes vérifications numériques, au moins pour $t= \pi$ : sauf erreur de ma part, la valeur de $f(\pi)$ est bien la somme de la série recherchée, obtenue par une autre méthode.

    Merci encore pour le temps consacré
  • Ha, ha, ha !
    A mettre dans le livre des reccords : le célèbre "marteau pilon pour écraser une mouche" est mille fois dépassé !!!
    S'il ne s'agissait que de :
    Sigma de ((-1)^n)/(4n+1) = (V(2)/8)(ln(3+2V(2))+pi)
    La fonction digamma le donne en une ligne :
    = (1/2)(psi(5/8)-psi(1/8))
    N.B.: n'attendez pas d'autre réponse, je serai absent plusieurs jours.
  • Bonjour,

    Pour que le calcul soit facile, il n'aurait pas fallu choisir une série de Fourier, mais tout simplement une série de puissances entières (page jointe). Le même résultat est pbtenu beaucoup plus rapidement :4517
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