diff --git a/cours.tex b/cours.tex index 72a33b9fe4c12fcdbee7b9976624b6f65cedabc0..ca778a8ae6cb5853ae3a756f454bcae34da0929e 100644 --- a/cours.tex +++ b/cours.tex @@ -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{(2a_j\int_0^T(f(t)\cos(j\omega t)\dd t))}{a_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\\ - &=2a_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{(2b_j\int_0^T(f(t)\cos(j\omega t)\dd t))}{b_j},\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\\ + &=2b_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+ib_n}{2}, & $\mbox{ si }$n<0\\ - \frac{a_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\\ + \frac{b_0}{2}, & $\mbox{ si }$n=0\\ + \frac{b_n-ia_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