Calcolatore dei Coefficienti della Serie di Fourier
Calcola i coefficienti della serie di Fourier a₀, aₙ e bₙ per qualsiasi funzione periodica. Visualizza i calcoli integrali completi, la tabella dei coefficienti, la formula della somma parziale e un grafico interattivo che confronta la funzione originale con la sua approssimazione di Fourier.
Embed Calcolatore dei Coefficienti della Serie di Fourier Widget
Il tuo ad blocker ci impedisce di mostrare annunci
MiniWebtool è gratuito grazie agli annunci. Se questo strumento ti è stato utile, sostienici con Premium (senza annunci + più veloce) oppure inserisci MiniWebtool.com nella whitelist e ricarica la pagina.
- Oppure passa a Premium (senza annunci)
- Consenti gli annunci per MiniWebtool.com, poi ricarica
Calcolatore dei Coefficienti della Serie di Fourier
Cos'è una serie di Fourier?
Una serie di Fourier decompone qualsiasi funzione periodica in una somma di seni e coseni (armoniche). Data una funzione \( f(x) \) con periodo \( T \), la sua rappresentazione in serie di Fourier è:
Questa potente scomposizione è fondamentale nell'elaborazione dei segnali, nella fisica, nell'ingegneria e nella matematica. Rivela il contenuto in frequenza nascosto all'interno di qualsiasi segnale periodico.
Come vengono calcolati i coefficienti?
I coefficienti di Fourier vengono determinati integrando il prodotto di \( f(x) \) con ciascuna funzione di base su un periodo completo:
Il coefficiente \( a_0/2 \) rappresenta il valore medio della funzione su un periodo. Ogni \( a_n \) misura quanto la funzione è correlata con un'onda cosinusoidale di frequenza \( n \), mentre \( b_n \) misura la correlazione con un'onda sinusoidale di frequenza \( n \).
Simmetria delle funzioni pari e dispari
La simmetria di una funzione può semplificare notevolmente i calcoli di Fourier:
- Funzioni pari (\( f(-x) = f(x) \)): Tutti i \( b_n = 0 \). La serie di Fourier contiene solo termini in coseno. Esempi: \( x^2 \), \( |x| \), \( \cos(x) \).
- Funzioni dispari (\( f(-x) = -f(x) \)): Tutti gli \( a_n = 0 \) (incluso \( a_0 \)). La serie contiene solo termini in seno. Esempi: \( x \), \( x^3 \), \( \sin(x) \).
- Né pari né dispari: Sono necessari sia i termini in coseno che quelli in seno. Esempio: \( e^x \).
Il fenomeno di Gibbs
Nei punti di discontinuità, la somma parziale di Fourier mostra oscillazioni che convergono a circa il 9% dell'altezza del salto, indipendentemente dal numero di termini utilizzati. Questo è noto come fenomeno di Gibbs. Le oscillazioni diventano più strette man mano che vengono aggiunti più termini, ma il picco massimo non diminuisce. Questo è visibile nel grafico quando si approssimano funzioni come l'onda quadra o l'onda a dente di sega.
Applicazioni della serie di Fourier
- Elaborazione dei segnali: Decomposizione di segnali audio, radio ed elettrici in componenti di frequenza per filtraggio e analisi.
- Conduzione del calore: Risoluzione dell'equazione del calore mediante separazione delle variabili, dove le serie di Fourier rappresentano le distribuzioni di temperatura.
- Analisi delle vibrazioni: Analisi delle oscillazioni meccaniche e della risonanza in strutture e materiali.
- Compressione delle immagini: Il formato JPEG e altri formati utilizzano la Trasformata Discreta del Coseno (DCT), strettamente correlata.
- Meccanica Quantistica: Le funzioni d'onda sono espanse in basi ortogonali (serie di Fourier generalizzate).
- Ingegneria Elettrica: Analisi di circuiti CA e sistemi di potenza con forme d'onda periodiche.
Convergenza della serie di Fourier
Le proprietà di convergenza della serie di Fourier sono regolate da diversi teoremi importanti:
- Condizioni di Dirichlet: Se \( f(x) \) è continua a tratti, limitata e ha un numero finito di estremi e discontinuità in ogni periodo, la serie di Fourier converge a \( f(x) \) nei punti di continuità e a \( \frac{1}{2}[f(x^+) + f(x^-)] \) nelle discontinuità.
- Teorema di Parseval: L'energia totale del segnale viene conservata: \( \frac{1}{T}\int_0^T |f(x)|^2\,dx = \frac{a_0^2}{4} + \frac{1}{2}\sum_{n=1}^{\infty}(a_n^2 + b_n^2) \).
- Disuguaglianza di Bessel: La somma dei coefficienti al quadrato è limitata dall'energia della funzione, garantendo la convergenza.
Come usare questo calcolatore
- Inserisci f(x): Scrivi la tua funzione usando la notazione matematica standard. Usa
^per le potenze,*per la moltiplicazione e funzioni integrate come sin, cos, exp, abs, ln. - Imposta il periodo: Inserisci l'inizio e la fine di un periodo completo. Per le funzioni standard di periodo \( 2\pi \), usa da
-piapi. - Scegli N: Seleziona quanti termini di Fourier calcolare (1–20). Più termini forniscono una migliore approssimazione.
- Analizza i risultati: Esamina la tabella dei coefficienti, gli integrali passo-passo, la formula della somma parziale, il grafico di confronto e lo spettro di ampiezza.
Cita questo contenuto, pagina o strumento come:
"Calcolatore dei Coefficienti della Serie di Fourier" su https://MiniWebtool.com/it// di MiniWebtool, https://MiniWebtool.com/
Ultimo aggiornamento: 21 febbraio 2026
Puoi anche provare il nostro Risolutore di Matematica AI GPT per risolvere i tuoi problemi matematici attraverso domande e risposte in linguaggio naturale.