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Wilbraham-Gibbs 常數


設分段光滑函式 f[-pi,pi] 上定義,且僅有有限個不連續點(均為跳躍不連續點),其 傅立葉級數

a_k=1/piint_(-pi)^pif(t)cos(kt)dt
(1)
b_k=1/piint_(-pi)^pif(t)sin(kt)dt
(2)
 S_n(f,x)=1/2a_0+{sum_(k=1)^n[a_kcos(kx)+b_ksin(kx)]}.
(3)

設不連續點位於 x=c,其中

 lim_(x->c^-)f(x)>lim_(x->c^+)f(x),
(4)

因此

 D=[lim_(x->c^-)f(x)]-[lim_(x->c^+)f(x)]>0.
(5)

定義

 phi(c)=1/2[lim_(x->c^-)f(x)+lim_(x->c^+)f(x)],
(6)

並設 x=x_n<cx_n 左側的第一個區域性最小值,x=xi_n>cx_n 右側的第一個區域性最大值 S_n(f,x)。則

 lim_(n->infty)S_n(f,x_n)=phi(c)+D/piG^'
(7)
 lim_(n->infty)S_n(f,xi_n)=phi(c)-D/piG^',
(8)

其中

G^'=int_0^pisincthetadtheta
(9)
=Si(pi)
(10)
=1.851937052...
(11)

(OEIS A036792)。這裡,sinc(x)=sinx/xsinc 函式Si(x)正弦積分

因此,y=x傅立葉級數 在端點處不收斂於 -pipi,而是收斂於 -2G^'2G^'。Wilbraham 於 1848 年和 Gibbs 於 1899 年觀察到這種現象。儘管 Wilbraham 是第一個注意到這種現象的人,但常數 G^' 經常(且不公平地)被認為是 Gibbs 的功勞,並被稱為 Gibbs 常數。

有時也稱為 Gibbs 常數的另一個相關常數是

 G=2/piG^'=1.17897974447216727...
(12)

(OEIS A036793; Le Lionnais 1983)。


參見

波束賦形, 傅立葉級數, 吉布斯現象

使用 探索

參考文獻

Carslaw, H. S. Introduction to the Theory of Fourier's Series and Integrals, 3rd ed. New York: Dover, 1930.Finch, S. R. "Gibbs-Wilbraham Constant." §4.1 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 248-250, 2003.Le Lionnais, F. Les nombres remarquables. Paris: Hermann, pp. 36 and 43, 1983.Sloane, N. J. A. Sequences A036792 and A036793 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Zygmund, A. G. Trigonometric Series 1, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1959.

在 上被引用

Wilbraham-Gibbs 常數

請引用為

Weisstein, Eric W. "Wilbraham-Gibbs Constant." 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Wilbraham-GibbsConstant.html

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