第十七讲 利用傅里叶级数求特解
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第十七讲 利用傅里叶级数求特解
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一,幾何變換法,求傅里葉級數(shù):
- 假設(shè)是周期,的函數(shù),求它的傅里葉級數(shù)。如圖1:
- 第一步,求周期的函數(shù)的傅里葉級數(shù)。如圖2:
- 因為是奇函數(shù),
- 當,;當,
- 因此,前提:
- 第二步,將壓縮成,周期改變,變,如圖3:
- 的周期,,振幅是的一半:
- 基頻率,
- 將替換:,前提:
- 用上一節(jié)拓展1的公式驗證答案:
- 第三步,將圖3上移1/2變成圖1,周期沒變,t不變:
- ,前提:
二,二階非齊次常系數(shù)線性O(shè)DE的輸入項為,求特解:
-
彈簧—質(zhì)量—阻尼系統(tǒng)
- 如圖
- 標準形式:
- 設(shè)阻尼系數(shù)c=0,彈性常數(shù),表示彈簧振蕩的角速度,
- 原方程化為:
- 不考慮奇偶性,的周期,基頻率
-
,角速度
-
原方程化為:
-
復(fù)習第十四講 共振
當驅(qū)動項或者時:
特解或者
當驅(qū)動角速度逼近彈簧角速度時,產(chǎn)生共振
-
疊加原理:
-
第一項:當時,
三,假設(shè)輸入項為,求特解:
- 是奇函數(shù),周期,,前提:,角速度
- 原方程化為:
- 疊加原理:,前提:
四,分析系數(shù)的大小:
- 假設(shè):,
- 已知:,
- 傅里葉系數(shù)表示某個角速度的波在合成波中占的比重
- 可以看到響應(yīng)幅值最大的是角速度
- 結(jié)論:當時,近似的共振將會由輸入項中的角速度的波產(chǎn)生
- 原理:響應(yīng)項不會對輸入項里所有的波做出響應(yīng),它只會選出和它的角速度接近()的波進行響應(yīng),其他的波都被淡化了。
- 聲音在不同介質(zhì)中的傳遞,是通過共振實現(xiàn)的。
五,待定系數(shù)法,求特解:
- 假設(shè)輸入項為
- 假設(shè)響應(yīng)項具有相同的形式:,和為待定系數(shù)
- 原方程為:
- 將和代入原方程:
- 將系數(shù)和代入響應(yīng)項:
總結(jié)
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