não for um número inteiro, use a forma complexa para obter as séries de Fourier para as funções abaixo:
©
©
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão pediu. Temos uma função
definida no intervalo de
a
e que é periódica com período
. O objetivo é encontrar a série de Fourier dessa função usando a forma complexa, sabendo que
não é um número inteiro. Para resolver isso, vamos precisar entender como calcular os coeficientes de Fourier na forma complexa e aplicar isso à função dada.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a série de Fourier na forma complexa para uma função periódica de período
é dada por:
Aqui,
são os coeficientes de Fourier que precisamos calcular. A fórmula para calcular cada
é:
Vamos usar essa fórmula para encontrar os coeficientes para a nossa função
.
Passo 3
Substituindo
na fórmula dos coeficientes, temos:
Agora, precisamos resolver essa integral. A integral de uma função exponencial
é bem conhecida:
Passo 4
Aplicando isso na nossa integral, temos:
Passo 5
Agora, podemos simplificar essa expressão utilizando a identidade de Euler para números complexos. Sabemos que:
Substituindo isso na expressão dos coeficientes, ficamos com:
Passo 6
Podemos fatorar mais um pouco:
Observando que
, temos:
Passo 7
Simplificando a expressão final dos coeficientes
, encontramos:
Resposta
A série de Fourier complexa para a função
é dada por:
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<mjx-container class=“MathJax” jax=“SVG”><svg style=“vertical-align: -0.048ex;” xmlns=“http://www.w3.org/2000/svg” width=“14.79ex” height=“2.498ex” role=“img” focusable=“false” viewBox=“0 -1083 6537.2 1104”><title>F: R^3 -> R^3</title><g stroke=“currentColor” fill=“currentColor” stroke-width=“0” transform=“scale(1,-1)”><g data-mml-node=“math”><g data-mml-node=“TeXAtom” data-mjx-texclass=“ORD”><g data-mml-node=“mover”><g data-mml-node=“mi”><path data-c=“1D439” d=“M48 1Q31 1 31 11Q31 13 34 25Q38 41 42 43T65 46Q92 46 125 49Q139 52 144 61Q146 66 215 342T285 622Q285 629 281 629Q273 632 228 634H197Q191 640 191 642T193 659Q197 676 203 680H742Q749 676 749 669Q749 664 736 557T722 447Q720 440 702 440H690Q683 445 683 453Q683 454 686 477T689 530Q689 560 682 579T663 610T626 626T575 633T503 634H480Q398 633 393 631Q388 629 386 623Q385 622 352 492L320 363H375Q378 363 398 363T426 364T448 367T472 374T489 386Q502 398 511 419T524 457T529 475Q532 480 548 480H560Q567 475 567 470Q567 467 536 339T502 207Q500 200 482 200H470Q463 206 463 212Q463 215 468 234T473 274Q473 303 453 310T364 317H309L277 190Q245 66 245 60Q245 46 334 46H359Q365 40 365 39T363 19Q359 6 353 0H336Q295 2 185 2Q120 2 86 2T48 1Z”></path></g><g data-mml-node=“mo” transform=“translate(484.3,269) translate(-250 0)”><path data-c=“20D7” d=“M377 694Q377 702 382 708T397 714Q404 714 409 709Q414 705 419 690Q429 653 460 633Q471 626 471 615Q471 606 468 603T454 594Q411 572 379 531Q377 529 374 525T369 519T364 517T357 516Q350 516 344 521T337 536Q337 555 384 595H213L42 596Q29 605 29 615Q29 622 42 635H401Q377 673 377 694Z”></path></g></g></g><g data-mml-node=“mo” transform=“translate(1026.8,0)”><path data-c=“3A” d=“M78 370Q78 394 95 412T138 430Q162 430 180 414T199 371Q199 346 182 328T139 310T96 327T78 370ZM78 60Q78 84 95 102T138 120Q162 120 180 104T199 61Q199 36 182 18T139 0T96 17T78 60Z”></path></g><g data-mml-node=“mi” transform=“translate(1582.6,0)”><path data-c=“1D43C” d=“M43 1Q26 1 26 10Q26 12 29 24Q34 43 39 45Q42 46 54 46H60Q120 46 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294 413T322 525V533Q322 590 287 612Q265 626 240 626Q208 626 181 615T143 592T132 580H135Q138 579 143 578T153 573T165 566T175 555T183 540T186 520Q186 498 172 481T127 463Z”></path></g></g></g><g data-mml-node=“mo” transform=“translate(3559.9,0)”><path data-c=“2192” d=“M56 237T56 250T70 270H835Q719 357 692 493Q692 494 692 496T691 499Q691 511 708 511H711Q720 511 723 510T729 506T732 497T735 481T743 456Q765 389 816 336T935 261Q944 258 944 250Q944 244 939 241T915 231T877 212Q836 186 806 152T761 85T740 35T732 4Q730 -6 727 -8T711 -11Q691 -11 691 0Q691 7 696 25Q728 151 835 230H70Q56 237 56 250Z”></path></g><g data-mml-node=“mi” transform=“translate(4837.7,0)”><path data-c=“1D43C” d=“M43 1Q26 1 26 10Q26 12 29 24Q34 43 39 45Q42 46 54 46H60Q120 46 136 53Q137 53 138 54Q143 56 149 77T198 273Q210 318 216 344Q286 624 286 626Q284 630 284 631Q274 637 213 637H193Q184 643 189 662Q193 677 195 680T209 683H213Q285 681 359 681Q481 681 487 683H497Q504 676 504 672T501 655T494 639Q491 637 471 637Q440 637 407 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637H440Q393 637 386 627Q385 624 352 494T319 361Q319 360 388 360Q466 361 492 367Q556 377 592 426Q608 449 619 486T630 554Z”></path></g><g data-mml-node=“TeXAtom” transform=“translate(792,363) scale(0.707)” data-mjx-texclass=“ORD”><g data-mml-node=“mn”><path data-c=“33” d=“M127 463Q100 463 85 480T69 524Q69 579 117 622T233 665Q268 665 277 664Q351 652 390 611T430 522Q430 470 396 421T302 350L299 348Q299 347 308 345T337 336T375 315Q457 262 457 175Q457 96 395 37T238 -22Q158 -22 100 21T42 130Q42 158 60 175T105 193Q133 193 151 175T169 130Q169 119 166 110T159 94T148 82T136 74T126 70T118 67L114 66Q165 21 238 21Q293 21 321 74Q338 107 338 175V195Q338 290 274 322Q259 328 213 329L171 330L168 332Q166 335 166 348Q166 366 174 366Q202 366 232 371Q266 376 294 413T322 525V533Q322 590 287 612Q265 626 240 626Q208 626 181 615T143 592T132 580H135Q138 579 143 578T153 573T165 566T175 555T183 540T186 520Q186 498 172 481T127 463Z”></path></g></g></g></g></g></svg></mjx-container></span> dada por <span 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Verifique que r parametriza o elipsóide dado.</div>
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Verifique que r parametriza o elipsóide dado.</div>
</body></html>
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