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28c6c6cd
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28c6c6cd
authored
8 years ago
by
orestis.malaspin
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-17
17 additions, 17 deletions
cours.tex
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17 additions
and
17 deletions
cours.tex
+
17
−
17
View file @
28c6c6cd
...
...
@@ -2457,7 +2457,7 @@ b_j&\equiv A_j\sin(\phi_j),
\end{align}
on obtient
\begin{equation}
f(t)=
\sum
_{
j=0
}^
\infty
\left
(a
_
j
\
cos
(j
\omega
t)+b
_
j
\
sin
(j
\omega
t)
\right
).
\label
{
eq
_
decomp
_
sincos
}
f(t)=
\sum
_{
j=0
}^
\infty
\left
(a
_
j
\
sin
(j
\omega
t)+b
_
j
\
cos
(j
\omega
t)
\right
).
\label
{
eq
_
decomp
_
sincos
}
\end{equation}
On a donc transformé une équation où on devait déterminer une amplitude et une phase, ce qui est très compliqué, en une autre
équation où on doit déterminer uniquement deux amplitude. Par ailleurs, comme
$
\cos
$
et
$
\sin
$
sont indépendants,
...
...
@@ -2469,7 +2469,7 @@ que les $a_j\cos(j\omega t)$ et $b_j\sin(j\omega t)$ approximent au mieux la fon
On va donc considérer les fonctions d'erreur suivantes
\begin{equation}
E
^
s
_
j=
\int
_
0
^
T(f(t)-
b
_
j
\sin
(j
\omega
t))
^
2
\dd
t,
\quad
E
^
c
_
j=
\int
_
0
^
T(f(t)-
a
_
j
\cos
(j
\omega
t))
^
2
\dd
t.
E
^
s
_
j=
\int
_
0
^
T(f(t)-
a
_
j
\sin
(j
\omega
t))
^
2
\dd
t,
\quad
E
^
c
_
j=
\int
_
0
^
T(f(t)-
b
_
j
\cos
(j
\omega
t))
^
2
\dd
t.
\end{equation}
Puis on va déterminer
$
a
_
j,b
_
j
$
tels que
$
E
_
j
^
s
$
et
$
E
_
j
^
c
$
sont minimales. Pour ce faire on va utiliser les dérivées
et déterminer nos coefficients en résolvant les équations
...
...
@@ -2479,22 +2479,22 @@ et déterminer nos coefficients en résolvant les équations
\end{align}
Pour l'équation
\eqref
{
eq
_
deriv
_
aj
}
, on a
\begin{align}
\dDeriv
{
E
^
c
_
j
}{
a
_
j
}&
=
\dDeriv
{
\int
_
0
^
T(f(t)-
a
_
j
\cos
(j
\omega
t))
^
2
\dd
t
}{
a
_
j
}
,
\nonumber\\
&
=
\underbrace
{
\dDeriv
{
(
\int
_
0
^
Tf
^
2(t)
\dd
t)
}{
a
_
j
}}_{
=0
}
+
\dDeriv
{
(
a
_
j
^
2
\int
_
0
^
T(
\cos
^
2(j
\omega
t)
\dd
t))
}{
a
_
j
}
-
\dDeriv
{
(2
a
_
j
\int
_
0
^
T(f(t)
\cos
(j
\omega
t)
\dd
t))
}{
a
_
j
}
,
\nonumber\\
&
=2
a
_
j
\int
_
0
^
T
\cos
^
2(j
\omega
t)
\dd
t-2
\int
_
0
^
Tf(t)
\cos
(j
\omega
t)
\dd
t,
\nonumber\\
&
=2
a
_
j
\frac
{
T
}{
2
}
-2
\int
_
0
^
T
\cos
(j
\omega
t)f(t)
\dd
t.
\dDeriv
{
E
^
c
_
j
}{
b
_
j
}&
=
\dDeriv
{
\int
_
0
^
T(f(t)-
b
_
j
\cos
(j
\omega
t))
^
2
\dd
t
}{
b
_
j
}
,
\nonumber\\
&
=
\underbrace
{
\dDeriv
{
(
\int
_
0
^
Tf
^
2(t)
\dd
t)
}{
b
_
j
}}_{
=0
}
+
\dDeriv
{
(
b
_
j
^
2
\int
_
0
^
T(
\cos
^
2(j
\omega
t)
\dd
t))
}{
b
_
j
}
-
\dDeriv
{
(2
b
_
j
\int
_
0
^
T(f(t)
\cos
(j
\omega
t)
\dd
t))
}{
b
_
j
}
,
\nonumber\\
&
=2
b
_
j
\int
_
0
^
T
\cos
^
2(j
\omega
t)
\dd
t-2
\int
_
0
^
Tf(t)
\cos
(j
\omega
t)
\dd
t,
\nonumber\\
&
=2
b
_
j
\frac
{
T
}{
2
}
-2
\int
_
0
^
T
\cos
(j
\omega
t)f(t)
\dd
t.
\end{align}
Finalement on obtient
\begin{equation}
a
_
j=
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T
\cos
(j
\omega
t)f(t)
\dd
t.
b
_
j=
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T
\cos
(j
\omega
t)f(t)
\dd
t.
\end{equation}
Pour
$
b
_
j
$
on a de façon similaire
Pour
$
a
_
j
$
on a de façon similaire
\begin{equation}
b
_
j=
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T
\sin
(j
\omega
t)f(t)
\dd
t.
a
_
j=
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T
\sin
(j
\omega
t)f(t)
\dd
t.
\end{equation}
En particulier si
$
j
=
0
$
, on a
\begin{equation}
b
_
0=0,
\quad
a
_
0=
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\dd
t.
a
_
0=0,
\quad
b
_
0=
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\dd
t.
\end{equation}
On constate que
$
a
_
0
/
2
$
correspond à la valeur moyenne de
$
f
(
t
)
$
dans
$
[
0
,T
]
$
. Cela
permet d'approximer des fonctions dons la valeur moyenne n'est pas nulle (les sinus et cosinus ont toujours
...
...
@@ -2518,8 +2518,8 @@ Cela est dû à la propriété d'othorgonalité des fonctions sinus/cosinus.
En multipliant l'équation
\eqref
{
eq
_
decomp
_
sincos
}
par
$
\frac
{
2
}{
T
}
\sin
(
k
\omega
t
)
$
et en intégrant
entre
$
0
$
et
$
T
$
, on obtient
\begin{align}
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\sin
(k
\omega
t)
\dd
t
&
=
\frac
{
2
}{
T
}
\sum
_{
j=0
}^
\infty
\left
(
a
_
j
\underbrace
{
\int
_
0
^
T
\cos
(j
\omega
t)
\sin
(k
\omega
t)
\dd
t
}_{
=0
}
+
b
_
j
\underbrace
{
\int
_
0
^
T
\sin
(j
\omega
t)
\sin
(k
\omega
t)
}_{
=
\frac
{
T
}{
2
}
\delta
_{
jk
}}
\right
),
\nonumber\\
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\sin
(k
\omega
t)
\dd
t
&
=
\sum
_{
j=0
}^
\infty
b
_
j
\delta
_{
jk
}
=
b
_
k,
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\sin
(k
\omega
t)
\dd
t
&
=
\frac
{
2
}{
T
}
\sum
_{
j=0
}^
\infty
\left
(
b
_
j
\underbrace
{
\int
_
0
^
T
\cos
(j
\omega
t)
\sin
(k
\omega
t)
\dd
t
}_{
=0
}
+
a
_
j
\underbrace
{
\int
_
0
^
T
\sin
(j
\omega
t)
\sin
(k
\omega
t)
\dd
t
}_{
=
\frac
{
T
}{
2
}
\delta
_{
jk
}}
\right
),
\nonumber\\
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\sin
(k
\omega
t)
\dd
t
&
=
\sum
_{
j=0
}^
\infty
a
_
j
\delta
_{
jk
}
=
a
_
k,
\end{align}
où
$
\delta
_{
jk
}$
est le ``delta de Kronecker'', dont la définition est
\begin{equation}
...
...
@@ -2532,8 +2532,8 @@ où $\delta_{jk}$ est le ``delta de Kronecker'', dont la définition est
En multipliant l'équation
\eqref
{
eq
_
decomp
_
sincos
}
par
$
\frac
{
2
}{
T
}
\cos
(
k
\omega
t
)
$
et en intégrant
entre
$
0
$
et
$
T
$
, on obtient
\begin{align}
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\cos
(k
\omega
t)
\dd
t
&
=
\frac
{
2
}{
T
}
\sum
_{
j=0
}^
\infty
\left
(a
_
j
\underbrace
{
\int
_
0
^
T
\cos
(j
\omega
t)
\sin
(k
\omega
t)
\dd
t
}_{
=
\frac
{
T
}{
2
}
\delta
_{
jk
}
}
+b
_
j
\underbrace
{
\int
_
0
^
T
\
sin
(j
\omega
t)
\
sin
(k
\omega
t)
}_{
=0
}
\right
),
\nonumber\\
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\cos
(k
\omega
t)
\dd
t
&
=
\sum
_{
j=0
}^
\infty
a
_
j
\delta
_{
jk
}
=
a
_
k.
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\cos
(k
\omega
t)
\dd
t
&
=
\frac
{
2
}{
T
}
\sum
_{
j=0
}^
\infty
\left
(a
_
j
\underbrace
{
\int
_
0
^
T
\cos
(j
\omega
t)
\sin
(k
\omega
t)
\dd
t
}_{
=
0
}
+b
_
j
\underbrace
{
\int
_
0
^
T
\
cos
(j
\omega
t)
\
cos
(k
\omega
t)
\dd
t
}_{
=
\frac
{
T
}{
2
}
\delta
_{
jk
}
}
\right
),
\nonumber\\
\frac
{
2
}{
T
}
\int
_
0
^
T f(t)
\cos
(k
\omega
t)
\dd
t
&
=
\sum
_{
j=0
}^
\infty
b
_
j
\delta
_{
jk
}
=
b
_
k.
\end{align}
\subsubsection
{
Les séries de Fourier en notations complexes
}
...
...
@@ -2543,9 +2543,9 @@ Cette écriture nous fait penser qu'il pourrait être possible de réécrire cet
de nouveaux coefficients
$
c
_
n
$
,
\begin{equation}
c
_
n=
\left\{
\begin{array}
{
ll
}
\frac
{
a
_
n+i
b
_
n
}{
2
}
,
&
$
\mbox
{
si
}$
n<0
\\
\frac
{
a
_
0
}{
2
}
,
&
$
\mbox
{
si
}$
n=0
\\
\frac
{
a
_
n-i
b
_
n
}{
2
}
,
&
$
\mbox
{
si
}$
n>0
\frac
{
b
_
n+i
a
_
n
}{
2
}
,
&
$
\mbox
{
si
}$
n<0
\\
\frac
{
b
_
0
}{
2
}
,
&
$
\mbox
{
si
}$
n=0
\\
\frac
{
b
_
n-i
a
_
n
}{
2
}
,
&
$
\mbox
{
si
}$
n>0
\end{array}
\right
.
\end{equation}
Avec cette notation, on peut réécrire l'équation
\eqref
{
eq
_
decomp
_
sincos
}
(exercice) comme
...
...
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