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Corrections transformees de fourier

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...@@ -2457,7 +2457,7 @@ b_j&\equiv A_j\sin(\phi_j), ...@@ -2457,7 +2457,7 @@ b_j&\equiv A_j\sin(\phi_j),
\end{align} \end{align}
on obtient on obtient
\begin{equation} \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} \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 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, 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 ...@@ -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 On va donc considérer les fonctions d'erreur suivantes
\begin{equation} \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} \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 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 et déterminer nos coefficients en résolvant les équations
...@@ -2479,22 +2479,22 @@ et déterminer nos coefficients en résolvant les équations ...@@ -2479,22 +2479,22 @@ et déterminer nos coefficients en résolvant les équations
\end{align} \end{align}
Pour l'équation \eqref{eq_deriv_aj}, on a Pour l'équation \eqref{eq_deriv_aj}, on a
\begin{align} \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\\ \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)}{a_j}}_{=0}+\dDeriv{(a_j^2\int_0^T(\cos^2(j\omega t)\dd t))}{a_j}-\dDeriv{(2a_j\int_0^T(f(t)\cos(j\omega t)\dd t))}{a_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{(2b_j\int_0^T(f(t)\cos(j\omega t)\dd t))}{b_j},\nonumber\\
&=2a_j\int_0^T\cos^2(j\omega t)\dd t-2\int_0^Tf(t)\cos(j\omega t)\dd t,\nonumber\\ &=2b_j\int_0^T\cos^2(j\omega t)\dd t-2\int_0^Tf(t)\cos(j\omega t)\dd t,\nonumber\\
&=2a_j\frac{T}{2}-2\int_0^T\cos(j\omega t)f(t)\dd t. &=2b_j\frac{T}{2}-2\int_0^T\cos(j\omega t)f(t)\dd t.
\end{align} \end{align}
Finalement on obtient Finalement on obtient
\begin{equation} \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} \end{equation}
Pour $b_j$ on a de façon similaire Pour $a_j$ on a de façon similaire
\begin{equation} \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} \end{equation}
En particulier si $j=0$, on a En particulier si $j=0$, on a
\begin{equation} \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} \end{equation}
On constate que $a_0/2$ correspond à la valeur moyenne de $f(t)$ dans $[0,T]$. Cela 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 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. ...@@ -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 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 entre $0$ et $T$, on obtient
\begin{align} \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&=\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 b_j \delta_{jk}=b_k, \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} \end{align}
$\delta_{jk}$ est le ``delta de Kronecker'', dont la définition est $\delta_{jk}$ est le ``delta de Kronecker'', dont la définition est
\begin{equation} \begin{equation}
...@@ -2532,8 +2532,8 @@ où $\delta_{jk}$ est le ``delta de Kronecker'', dont la définition est ...@@ -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 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 entre $0$ et $T$, on obtient
\begin{align} \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&=\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 a_j \delta_{jk}=a_k. \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} \end{align}
\subsubsection{Les séries de Fourier en notations complexes} \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 ...@@ -2543,9 +2543,9 @@ Cette écriture nous fait penser qu'il pourrait être possible de réécrire cet
de nouveaux coefficients $c_n$, de nouveaux coefficients $c_n$,
\begin{equation} \begin{equation}
c_n=\left\{\begin{array}{ll} c_n=\left\{\begin{array}{ll}
\frac{a_n+ib_n}{2}, & $\mbox{ si }$n<0\\ \frac{b_n+ia_n}{2}, & $\mbox{ si }$n<0\\
\frac{a_0}{2}, & $\mbox{ si }$n=0\\ \frac{b_0}{2}, & $\mbox{ si }$n=0\\
\frac{a_n-ib_n}{2}, & $\mbox{ si }$n>0 \frac{b_n-ia_n}{2}, & $\mbox{ si }$n>0
\end{array}\right. \end{array}\right.
\end{equation} \end{equation}
Avec cette notation, on peut réécrire l'équation \eqref{eq_decomp_sincos} (exercice) comme Avec cette notation, on peut réécrire l'équation \eqref{eq_decomp_sincos} (exercice) comme
......
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