Enunciado

36. A partir da série de Fourier para a onda triangular (Exemplo 1 da Seção 10.2), mostre que

π 8 2 = 1 + 1 3 2 + 1 5 2 + … = ∑ n = 0 ∞ 1 2 n + 1 2

Passo 1

Fala galera!!!

Queremos mostrar nessa questão que

∑ n = 0 ∞ 1 2 n + 1 2 = π 8 2

Para isso vamos usar a onda triangula do exemplo 1 da seção 10.2.

Passo 2

Para resolver essa questão, vamos olhar para o exemplo 1 da seção 10.2. No resultado do exemplo foi dito que a função

f x = - x x                 - 2 < x < 0 0 < x < 2

Pode ser escrito como a seguinte série de Fourier:

f x = 1 - 8 π 2 ∑ n = 1 ∞ cos ⁡ 2 n - 1 π x 2 2 n - 1 2

Passo 3

Podemos escolher um valor para x . Assim, seja x = 2 , então pela definição de  f x segue  f 2 = 2 . Assim, substituindo na série de Fourier, temos:

2 = 1 - 8 π 2 ∑ n = 1 ∞ cos ⁡ 2 n - 1 π ⋅ 2 2 2 n - 1 2

1 = - 8 π 2 ∑ n = 1 ∞ cos ⁡ 2 n - 1 π 2 n - 1 2

π 2 8 = - ∑ n = 1 ∞ cos ⁡ 2 n - 1 π 2 n - 1 2

Agora, podemos substituir n por n + 1 para que o somatório comece a partir de zero. Assim temos:

π 2 8 = - ∑ n + 1 = 1 ∞ cos ⁡ 2 n + 1 - 1 π 2 n + 1 - 1 2

π 2 8 = - ∑ n = 0 ∞ cos ⁡ 2 n + 1 π 2 n + 1 2

Podemos dizer que cos ⁡ 2 n + 1 π = - 1 para todo n . Substituindo, temos:

π 2 8 = - ∑ n = 0 ∞ - 1 2 n + 1 2

π 2 8 = ∑ n = 0 ∞ 1 2 n + 1 2

Com isso, provamos a relação fornecida no enunciado.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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