14283:
197:
13936:
230:
21019:
5528:
210:
14278:{\displaystyle {\begin{array}{rccccccccc}{\text{Time domain}}&s&=&s_{_{\text{RE}}}&+&s_{_{\text{RO}}}&+&is_{_{\text{IE}}}&+&\underbrace {i\ s_{_{\text{IO}}}} \\&{\Bigg \Updownarrow }{\mathcal {F}}&&{\Bigg \Updownarrow }{\mathcal {F}}&&\ \ {\Bigg \Updownarrow }{\mathcal {F}}&&\ \ {\Bigg \Updownarrow }{\mathcal {F}}&&\ \ {\Bigg \Updownarrow }{\mathcal {F}}\\{\text{Frequency domain}}&S&=&S_{\text{RE}}&+&\overbrace {\,i\ S_{\text{IO}}\,} &+&iS_{\text{IE}}&+&S_{\text{RO}}\end{array}}}
20398:
7328:
20072:
8736:
3410:
23817:
8721:
5067:
8751:
6236:
30291:
11219:
536:
19548:
22525:
23508:
6896:
21014:{\displaystyle {\begin{aligned}h^{\mathrm {three} }(m_{1},m_{2},m_{3})&\triangleq {\frac {1}{a_{3}}}\int _{0}^{a_{3}}h^{\mathrm {two} }(m_{1},m_{2},x_{3})\cdot e^{-i2\pi {\tfrac {m_{3}}{a_{3}}}x_{3}}\,dx_{3}\\&={\frac {1}{a_{3}}}\int _{0}^{a_{3}}dx_{3}{\frac {1}{a_{2}}}\int _{0}^{a_{2}}dx_{2}{\frac {1}{a_{1}}}\int _{0}^{a_{1}}dx_{1}g(x_{1},x_{2},x_{3})\cdot e^{-i2\pi \left({\tfrac {m_{1}}{a_{1}}}x_{1}+{\tfrac {m_{2}}{a_{2}}}x_{2}+{\tfrac {m_{3}}{a_{3}}}x_{3}\right)}\end{aligned}}}
3005:
10865:
23049:
9856:
5523:{\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {X} _{n}(\varphi )&={\tfrac {2}{P}}\int _{P}s(x)\cdot \cos \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x-\varphi \right)\,dx;\quad \varphi \in \\&=\cos(\varphi )\cdot \underbrace {{\tfrac {2}{P}}\int _{P}s(x)\cdot \cos \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x\right)\,dx} _{A}+\sin(\varphi )\cdot \underbrace {{\tfrac {2}{P}}\int _{P}s(x)\cdot \sin \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x\right)\,dx} _{B}\\&=\cos(\varphi )\cdot A+\sin(\varphi )\cdot B\end{aligned}}}
4541:
8042:
12090:
11888:
11583:
6594:
30600:
12321:
2280:
22158:
21430:
5833:
11454:
7323:{\displaystyle {\begin{aligned}{\mathcal {F}}^{-1}\{S(f)\}&=\int _{-\infty }^{\infty }\left(\sum _{n=-\infty }^{\infty }S\cdot \delta \left(f-{\frac {n}{P}}\right)\right)e^{i2\pi fx}\,df,\\&=\sum _{n=-\infty }^{\infty }S\cdot \int _{-\infty }^{\infty }\delta \left(f-{\frac {n}{P}}\right)e^{i2\pi fx}\,df,\\&=\sum _{n=-\infty }^{\infty }S\cdot e^{i2\pi {\tfrac {n}{P}}x}\ \ \triangleq \ s_{\infty }(x).\end{aligned}}}
196:
20067:{\displaystyle {\begin{aligned}h^{\mathrm {two} }(m_{1},m_{2},x_{3})&\triangleq {\frac {1}{a_{2}}}\int _{0}^{a_{2}}h^{\mathrm {one} }(m_{1},x_{2},x_{3})\cdot e^{-i2\pi {\tfrac {m_{2}}{a_{2}}}x_{2}}\,dx_{2}\\&={\frac {1}{a_{2}}}\int _{0}^{a_{2}}dx_{2}{\frac {1}{a_{1}}}\int _{0}^{a_{1}}dx_{1}g(x_{1},x_{2},x_{3})\cdot e^{-i2\pi \left({\tfrac {m_{1}}{a_{1}}}x_{1}+{\tfrac {m_{2}}{a_{2}}}x_{2}\right)}\end{aligned}}}
22702:
3405:{\displaystyle {\begin{aligned}\cos \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x-\varphi _{n}\right)&{}\equiv {\tfrac {1}{2}}e^{i\left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x-\varphi _{n}\right)}+{\tfrac {1}{2}}e^{-i\left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x-\varphi _{n}\right)}\\&=\left({\tfrac {1}{2}}e^{-i\varphi _{n}}\right)\cdot e^{i2\pi {\tfrac {+n}{P}}x}+\left({\tfrac {1}{2}}e^{-i\varphi _{n}}\right)^{*}\cdot e^{i2\pi {\tfrac {-n}{P}}x}\end{aligned}}}
9652:
7375:
23812:{\displaystyle {\begin{vmatrix}{\dfrac {\partial x_{1}}{\partial x}}&{\dfrac {\partial x_{1}}{\partial y}}&{\dfrac {\partial x_{1}}{\partial z}}\\{\dfrac {\partial x_{2}}{\partial x}}&{\dfrac {\partial x_{2}}{\partial y}}&{\dfrac {\partial x_{2}}{\partial z}}\\{\dfrac {\partial x_{3}}{\partial x}}&{\dfrac {\partial x_{3}}{\partial y}}&{\dfrac {\partial x_{3}}{\partial z}}\end{vmatrix}}}
229:
16829:
7673:
8431:
21046:
6376:
1977:
1738:
21760:
3674:
6231:{\displaystyle {\begin{aligned}D_{n}\triangleq \mathrm {X} _{n}(\varphi _{n})\ &=\cos(\varphi _{n})\cdot A_{n}+\sin(\varphi _{n})\cdot B_{n}\\&={\frac {A_{n}}{\sqrt {A_{n}^{2}+B_{n}^{2}}}}\cdot A_{n}+{\frac {B_{n}}{\sqrt {A_{n}^{2}+B_{n}^{2}}}}\cdot B_{n}={\frac {A_{n}^{2}+B_{n}^{2}}{\sqrt {A_{n}^{2}+B_{n}^{2}}}}&={\sqrt {A_{n}^{2}+B_{n}^{2}}}.\end{aligned}}}
20391:
11052:
11228:
22520:{\displaystyle \mathbf {G} \cdot \mathbf {r} =\left(m_{1}\mathbf {g} _{1}+m_{2}\mathbf {g} _{2}+m_{3}\mathbf {g} _{3}\right)\cdot \left(x_{1}{\frac {\mathbf {a} _{1}}{a_{1}}}+x_{2}{\frac {\mathbf {a} _{2}}{a_{2}}}+x_{3}{\frac {\mathbf {a} _{3}}{a_{3}}}\right)=2\pi \left(x_{1}{\frac {m_{1}}{a_{1}}}+x_{2}{\frac {m_{2}}{a_{2}}}+x_{3}{\frac {m_{3}}{a_{3}}}\right).}
17669:
9351:
25190:
1471:
5732:
18554:
23044:{\displaystyle h(\mathbf {G} )={\frac {1}{a_{3}}}\int _{0}^{a_{3}}dx_{3}\,{\frac {1}{a_{2}}}\int _{0}^{a_{2}}dx_{2}\,{\frac {1}{a_{1}}}\int _{0}^{a_{1}}dx_{1}\,f\left(x_{1}{\frac {\mathbf {a} _{1}}{a_{1}}}+x_{2}{\frac {\mathbf {a} _{2}}{a_{2}}}+x_{3}{\frac {\mathbf {a} _{3}}{a_{3}}}\right)\cdot e^{-i\mathbf {G} \cdot \mathbf {r} }.}
11776:
3900:
24543:
7464:
8037:{\displaystyle {\begin{aligned}A_{n}&={\frac {1}{\pi }}\int _{-\pi }^{\pi }s(x)\cos(nx)\,dx=0,\quad n\geq 0.\\B_{n}&={\frac {1}{\pi }}\int _{-\pi }^{\pi }s(x)\sin(nx)\,dx\\&=-{\frac {2}{\pi n}}\cos(n\pi )+{\frac {2}{\pi ^{2}n^{2}}}\sin(n\pi )\\&={\frac {2\,(-1)^{n+1}}{\pi n}},\quad n\geq 1.\end{aligned}}}
6589:{\displaystyle {\begin{aligned}s(x)&=\sum _{n=-\infty }^{\infty }{\widehat {s}}(n)\cdot e^{i2\pi {\tfrac {n}{P}}x}&&\scriptstyle {\text{common mathematics notation}}\\&=\sum _{n=-\infty }^{\infty }S\cdot e^{i2\pi {\tfrac {n}{P}}x}&&\scriptstyle {\text{common engineering notation}}\end{aligned}}}
21437:
8128:
19328:
2275:{\displaystyle {\begin{aligned}A_{0}&={\frac {1}{P}}\int _{P}s(x)\,dx\\A_{n}&={\frac {2}{P}}\int _{P}s(x)\cos \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x\right)\,dx\qquad {\text{for }}n\geq 1\qquad \\B_{n}&={\frac {2}{P}}\int _{P}s(x)\sin \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x\right)dx,\qquad {\text{for }}n\geq 1\end{aligned}}}
20099:
11213:
1504:
21425:{\displaystyle g(x_{1},x_{2},x_{3})=\sum _{m_{1}=-\infty }^{\infty }\sum _{m_{2}=-\infty }^{\infty }\sum _{m_{3}=-\infty }^{\infty }h^{\mathrm {three} }(m_{1},m_{2},m_{3})\cdot e^{i2\pi {\tfrac {m_{1}}{a_{1}}}x_{1}}\cdot e^{i2\pi {\tfrac {m_{2}}{a_{2}}}x_{2}}\cdot e^{i2\pi {\tfrac {m_{3}}{a_{3}}}x_{3}}}
4544:
Fig 2. The blue curve is the cross-correlation of a square wave and a cosine function, as the phase lag of the cosine varies over one cycle. The amplitude and phase lag at the maximum value are the polar coordinates of one harmonic in the
Fourier series expansion of the square wave. The corresponding
17391:
3452:
29138:
These words are not strictly
Fourier's. Whilst the cited article does list the author as Fourier, a footnote indicates that the article was actually written by Poisson (that it was not written by Fourier is also clear from the consistent use of the third person to refer to him) and that it is, "for
25533:
402:
Since
Fourier's time, many different approaches to defining and understanding the concept of Fourier series have been discovered, all of which are consistent with one another, but each of which emphasizes different aspects of the topic. Some of the more powerful and elegant approaches are based on
25750:
23217:
11449:{\displaystyle {\begin{aligned}A_{0}=&{\frac {A}{\pi }}\\A_{n}=&{\begin{cases}{\frac {-2A}{\pi }}{\frac {1}{n^{2}-1}}&\quad n{\text{ even}}\\0&\quad n{\text{ odd}}\end{cases}}\\B_{n}=&{\begin{cases}{\frac {A}{2}}&\quad n=1\\0&\quad n>1\end{cases}}\\\end{aligned}}}
8735:
202:
A square wave (represented as the blue dot) is approximated by its sixth partial sum (represented as the purple dot), formed by summing the first six terms (represented as arrows) of the square wave's
Fourier series. Each arrow starts at the vertical sum of all the arrows to its left (i.e. the
919:
19541:
10874:
1240:
Clearly these series can represent functions that are just a sum of one or more of the harmonic frequencies. The remarkable thing is that it can also represent the intermediate frequencies and/or non-sinusoidal functions because of the infinite number of terms. The amplitude-phase form is
28434:
8720:
24277:
18132:
8895:
Although the original motivation was to solve the heat equation, it later became obvious that the same techniques could be applied to a wide array of mathematical and physical problems, and especially those involving linear differential equations with constant coefficients, for which the
4739:
28829:
11577:
18347:
159:. This application is possible because the derivatives of trigonometric functions fall into simple patterns. Fourier series cannot be used to approximate arbitrary functions, because most functions have infinitely many terms in their Fourier series, and the series do not always
1273:
10750:
24396:
151:, but not all trigonometric series are Fourier series. By expressing a function as a sum of sines and cosines, many problems involving the function become easier to analyze because trigonometric functions are well understood. For example, Fourier series were first used by
12450:
25952:
9647:{\displaystyle {\begin{aligned}a_{k}&=\int _{-1}^{1}\varphi (y)\cos(2k+1){\frac {\pi y}{2}}\,dy\\&=\int _{-1}^{1}\left(a\cos {\frac {\pi y}{2}}\cos(2k+1){\frac {\pi y}{2}}+a'\cos 3{\frac {\pi y}{2}}\cos(2k+1){\frac {\pi y}{2}}+\cdots \right)\,dy\end{aligned}}}
9091:
5577:
8750:
27371:
12003:
18947:
12200:
11592:
9809:, Fourier believed that such trigonometric series could represent any arbitrary function. In what sense that is actually true is a somewhat subtle issue and the attempts over many years to clarify this idea have led to important discoveries in the theories of
4051:
2982:
19097:
3705:
22695:
25027:
10280:
6744:
23920:
708:
8426:{\displaystyle {\begin{aligned}s(x)&={\frac {a_{0}}{2}}+\sum _{n=1}^{\infty }\left\\&={\frac {2}{\pi }}\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{n+1}}{n}}\sin(nx),\quad \mathrm {for} \ (x-\pi )\ {\text{is not a multiple of}}\ 2\pi .\end{aligned}}}
12315:
14927:
10859:
7662:
209:
25317:
25537:
23056:
21863:
17799:
19335:
15735:
11065:
1733:{\displaystyle {\begin{aligned}&A_{n}=D_{n}\cos(\varphi _{n})\quad {\text{and}}\quad B_{n}=D_{n}\sin(\varphi _{n})\\\\&D_{n}={\sqrt {A_{n}^{2}+B_{n}^{2}}}\quad {\text{and}}\quad \varphi _{n}=\arctan(B_{n},A_{n}).\end{aligned}}}
16942:. Since Fourier arrived at his basis by attempting to solve the heat equation, the natural generalization is to use the eigensolutions of the Laplace–Beltrami operator as a basis. This generalizes Fourier series to spaces of the type
21755:{\displaystyle g(x_{1},x_{2},x_{3})=\sum _{m_{1},m_{2},m_{3}\in \mathbb {Z} }h^{\mathrm {three} }(m_{1},m_{2},m_{3})\cdot e^{i2\pi \left({\tfrac {m_{1}}{a_{1}}}x_{1}+{\tfrac {m_{2}}{a_{2}}}x_{2}+{\tfrac {m_{3}}{a_{3}}}x_{3}\right)}.}
24109:
17995:
17966:, we could make a Fourier series of it. This kind of function can be, for example, the effective potential that one electron "feels" inside a periodic crystal. It is useful to make the Fourier series of the potential when applying
4328:
3669:{\displaystyle C_{n}\triangleq \left\{{\begin{array}{lll}A_{0},\quad &&n=0\\{\tfrac {D_{n}}{2}}e^{-i\varphi _{n}}&={\tfrac {1}{2}}(A_{n}-iB_{n}),\quad &n>0\\C_{|n|}^{*},\quad &&n<0\end{array}}\right\}}
13930:, there are four components, denoted below by the subscripts RE, RO, IE, and IO. And there is a one-to-one mapping between the four components of a complex time function and the four components of its complex frequency transform:
8547:
applications, the
Fourier series is generally assumed to converge except at jump discontinuities since the functions encountered in engineering are better-behaved than functions encountered in other disciplines. In particular, if
16781:
One of the interesting properties of the
Fourier transform which we have mentioned, is that it carries convolutions to pointwise products. If that is the property which we seek to preserve, one can produce Fourier series on any
20386:{\displaystyle g(x_{1},x_{2},x_{3})=\sum _{m_{1}=-\infty }^{\infty }\sum _{m_{2}=-\infty }^{\infty }h^{\mathrm {two} }(m_{1},m_{2},x_{3})\cdot e^{i2\pi {\tfrac {m_{1}}{a_{1}}}x_{1}}\cdot e^{i2\pi {\tfrac {m_{2}}{a_{2}}}x_{2}}}
11047:{\displaystyle {\begin{aligned}A_{0}=&{\frac {2A}{\pi }}\\A_{n}=&{\begin{cases}{\frac {-4A}{\pi }}{\frac {1}{n^{2}-1}}&\quad n{\text{ even}}\\0&\quad n{\text{ odd}}\end{cases}}\\B_{n}=&0\\\end{aligned}}}
9318:
24690:
7553:
738:
25184:
1057:
28266:
18310:
26446:
26295:
8849:. Prior to Fourier's work, no solution to the heat equation was known in the general case, although particular solutions were known if the heat source behaved in a simple way, in particular, if the heat source was a
4556:
21985:
17664:{\displaystyle {\begin{aligned}f(x,y)&=\sum _{j,k\in \mathbb {Z} }c_{j,k}e^{ijx}e^{iky},\\c_{j,k}&={\frac {1}{4\pi ^{2}}}\int _{-\pi }^{\pi }\int _{-\pi }^{\pi }f(x,y)e^{-ijx}e^{-iky}\,dx\,dy.\end{aligned}}}
9747:
28180:
26813:
7678:
28661:
12084:
28035:
in which he gave an example of a
Lebesgue-integrable function whose Fourier series diverges almost everywhere. He later constructed an example of an integrable function whose Fourier series diverges everywhere.
25768:
27901:
11882:
15480:
11467:
8834:. Early ideas of decomposing a periodic function into the sum of simple oscillating functions date back to the 3rd century BC, when ancient astronomers proposed an empiric model of planetary motions, based on
6901:
25309:
This corresponds exactly to the complex exponential formulation given above. The version with sines and cosines is also justified with the
Hilbert space interpretation. Indeed, the sines and cosines form an
15081:
1466:{\displaystyle \cos \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x-\varphi _{n}\right)\ \equiv \ \cos(\varphi _{n})\cdot \cos \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x\right)+\sin(\varphi _{n})\cdot \sin \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x\right)}
24778:
18704:
2738:
29102:
17964:
20403:
19553:
17396:
16555:
10659:
8133:
3010:
9842:...the manner in which the author arrives at these equations is not exempt of difficulties and...his analysis to integrate them still leaves something to be desired on the score of generality and even
26714:
28838:
th wave before returning to around zero, showing that the series does not converge at zero but reaches higher and higher peaks. Note that though the function is continuous, it is not differentiable.
13832:
13720:
12330:
16414:
15007:
22611:
22606:
8950:
5727:{\displaystyle \mathrm {X} '_{n}(\varphi )=\sin(\varphi )\cdot A-\cos(\varphi )\cdot B=0\quad \longrightarrow \quad \tan(\varphi )={\frac {B}{A}}\quad \longrightarrow \quad \varphi =\arctan(B,A)}
28255:
18549:{\displaystyle g(x_{1},x_{2},x_{3})\triangleq f(\mathbf {r} )=f\left(x_{1}{\frac {\mathbf {a} _{1}}{a_{1}}}+x_{2}{\frac {\mathbf {a} _{2}}{a_{2}}}+x_{3}{\frac {\mathbf {a} _{3}}{a_{3}}}\right).}
18187:
12335:
12104:
11902:
11597:
11233:
10879:
10664:
9356:
6381:
5838:
5072:
3710:
1982:
1509:
23822:
13550:
11771:{\displaystyle {\begin{aligned}A_{0}=&AD\\A_{n}=&{\frac {A}{n\pi }}\sin \left(2\pi nD\right)\\B_{n}=&{\frac {2A}{n\pi }}\left(\sin \left(\pi nD\right)\right)^{2}\\\end{aligned}}}
27214:
13421:
11897:
15880:
12099:
4215:
4167:
3895:{\displaystyle {\begin{aligned}A_{0}&=C_{0}&\\A_{n}&=C_{n}+C_{-n}\qquad &{\textrm {for}}~n>0\\B_{n}&=i(C_{n}-C_{-n})\qquad &{\textrm {for}}~n>0\end{aligned}}}
24538:{\displaystyle h(\mathbf {G} )={\frac {1}{\mathbf {a} _{1}\cdot (\mathbf {a} _{2}\times \mathbf {a} _{3})}}\int _{C}d\mathbf {r} f(\mathbf {r} )\cdot e^{-i\mathbf {G} \cdot \mathbf {r} }}
9149:
186:, which means studying the behavior of the sum as more and more terms from the series are summed. The figures below illustrate some partial Fourier series results for the components of a
13265:
13141:
3931:
2853:
527:
28498:
14694:
5569:
2634:
2329:
16638:
14642:
27522:
16461:
16215:
13594:
13465:
13341:
16007:
13212:
12751:
9905:
9325:
8802:
4847:
14590:
10351:
26601:
17707:
16722:
13912:
13756:
462:
29028:
27692:
18618:
16258:
15619:
8822:
introduced
Fourier analysis, specifically Fourier series. Through Fourier's research the fact was established that an arbitrary (at first, continuous and later generalized to any
26131:
26089:
16074:
15918:
12843:
27048:
24920:
15826:
15376:
10124:
6640:
555:. The function can be analyzed over this interval to produce the Fourier series in the bottom graph. The Fourier series is always a periodic function, even if original function
19002:
12808:
10582:
6336:
2554:
574:
25303:
24104:
24075:
24046:
24017:
23984:
23951:
21919:
18339:
18243:
17855:
9997:
397:
24310:
17886:
12212:
6844:
4451:
2663:
1214:
1158:
28597:
27770:
22083:
22021:
16321:
10764:
7559:
6884:
28546:
27169:
25193:
Sines and cosines form an orthogonal set, as illustrated above. The integral of sine, cosine and their product is zero (green and red areas are equal, and cancel out) when
24568:
19323:{\displaystyle h^{\mathrm {one} }(m_{1},x_{2},x_{3})\triangleq {\frac {1}{a_{1}}}\int _{0}^{a_{1}}g(x_{1},x_{2},x_{3})\cdot e^{-i2\pi {\tfrac {m_{1}}{a_{1}}}x_{1}}\,dx_{1}}
16167:
15123:
14796:
11809:
9784:
5044:
4805:
1879:
The coefficients can be given/assumed, such as a music synthesizer or time samples of a waveform. In the latter case, the exponential form of
Fourier series synthesizes a
1875:
27074:
22153:
22131:
17990:
17908:
17277:
16664:
16120:
7458:
5822:
4389:
337:
27549:
27401:
27142:
26940:
10064:
8710:. It is possible to define Fourier coefficients for more general functions or distributions, in which case point wise convergence often fails, and convergence in norm or
7423:
24605:
15606:
13646:
4968:
13051:
12517:
2439:
26996:
26893:
26500:
25063:
17152:
17116:
16976:
15285:
15252:
14768:
12962:
10116:
2836:
269:
28016:
Since Fourier series have such good convergence properties, many are often surprised by some of the negative results. For example, the Fourier series of a continuous
27194:
26027:
24833:
22109:
17386:
16756:
16581:
16283:
15969:
15165:
11208:{\displaystyle s(x)={\begin{cases}A\sin \left({\frac {2\pi }{P}}x\right)&\quad {\text{for }}0\leq x<P/2\\0&\quad {\text{for }}P/2\leq x<P\\\end{cases}}}
2803:
28653:
27666:
12582:
10415:
10023:
8505:
8475:
28002:
27627:
27448:
25095:
24391:
24364:
24337:
23499:
23472:
23445:
23358:
23331:
23304:
21890:
21771:
19092:
19065:
18699:
18672:
18645:
18214:
17826:
13088:
13002:
12883:
6271:
5789:
5762:
4942:
4362:
1942:
1845:
1811:
1784:
364:
26549:
10648:
10611:
10507:
10380:
9929:
9207:
9178:
8644:
8595:
8074:
7360:
4997:
4922:
4422:
4119:
2583:
2358:
298:
28623:
22047:
13876:
12627:
4873:
2764:
435:
created by a summation of harmonically related sinusoidal functions. It has several different, but equivalent, forms, shown here as partial sums. But in theory
15346:
12670:
6296:
4474:
2401:
1098:
489:
27971:
27951:
27931:
27732:
27712:
27600:
27569:
27468:
27421:
27098:
26960:
26913:
26857:
26621:
26520:
26322:
26047:
25972:
25271:
25251:
25231:
25211:
24912:
24892:
24625:
23418:
23398:
23378:
23277:
23257:
23237:
21041:
20094:
19022:
17330:
17310:
17247:
17192:
17172:
17051:
16996:
16940:
16920:
16885:
16341:
16140:
16094:
16036:
15755:
15544:
15524:
15500:
15314:
15219:
15185:
14788:
14732:
14525:
12916:
12647:
12537:
10527:
10435:
10084:
8615:
8566:
8114:
8094:
6807:
6787:
6767:
6617:
6365:
5017:
4893:
4529:
2603:
2378:
1962:
1901:
1234:
1178:
1118:
30482:
29039:
Since the integral defining the Fourier transform of a periodic function is not convergent, it is necessary to view the periodic function and its transform as
25273:
are equal, and the function used is the same. They would form an orthonormal set, if the integral equaled 1 (that is, each function would need to be scaled by
24868:
17227:
17031:
8741:
Four partial sums (Fourier series) of lengths 1, 2, 3, and 4 terms, showing how the approximation to a sawtooth wave improves as the number of terms increases
8700:
6273:
is inadequate for discussing the Fourier coefficients of several different functions. Therefore, it is customarily replaced by a modified form of the function
2522:
2490:
4220:
26719:
8726:
Four partial sums (Fourier series) of lengths 1, 2, 3, and 4 terms, showing how the approximation to a square wave improves as the number of terms increases
25528:{\displaystyle \int _{-\pi }^{\pi }\cos(mx)\,\cos(nx)\,dx={\frac {1}{2}}\int _{-\pi }^{\pi }\cos((n-m)x)+\cos((n+m)x)\,dx=\pi \delta _{mn},\quad m,n\geq 1,}
17673:
Aside from being useful for solving partial differential equations such as the heat equation, one notable application of Fourier series on the square is in
25745:{\displaystyle \int _{-\pi }^{\pi }\sin(mx)\,\sin(nx)\,dx={\frac {1}{2}}\int _{-\pi }^{\pi }\cos((n-m)x)-\cos((n+m)x)\,dx=\pi \delta _{mn},\quad m,n\geq 1}
23212:{\displaystyle \mathbf {r} =(x,y,z)=x_{1}{\frac {\mathbf {a} _{1}}{a_{1}}}+x_{2}{\frac {\mathbf {a} _{2}}{a_{2}}}+x_{3}{\frac {\mathbf {a} _{3}}{a_{3}}},}
15387:
9348:) for any function which has such an expansion. It works because if φ has such an expansion, then (under suitable convergence assumptions) the integral
29425:
Mascre, D.; Riemann, Bernhard (1867), "Posthumous Thesis on the Representation of Functions by Trigonometric Series", in Grattan-Guinness, Ivor (ed.),
914:{\displaystyle s_{_{N}}(x)=A_{0}+\sum _{n=1}^{N}\left(A_{n}\cos \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x\right)+B_{n}\sin \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x\right)\right)}
29352:
28039:
It is possible to give explicit examples of a continuous function whose Fourier series diverges at 0: for instance, the even and 2π-periodic function
19536:{\displaystyle g(x_{1},x_{2},x_{3})=\sum _{m_{1}=-\infty }^{\infty }h^{\mathrm {one} }(m_{1},x_{2},x_{3})\cdot e^{i2\pi {\tfrac {m_{1}}{a_{1}}}x_{1}}}
9907:, so it is not immediately apparent why one would need the Fourier series. While there are many applications, Fourier's motivation was in solving the
9214:
24630:
24019:
has components of all three axes). The denominator is exactly the volume of the primitive unit cell which is enclosed by the three primitive-vectors
28429:{\displaystyle C_{m}={\frac {1}{\pi }}\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{2}}}\left\{{\frac {2}{2^{n^{3}}+1-2m}}+{\frac {2}{2^{n^{3}}+1+2m}}\right\}}
23924:(it may be advantageous for the sake of simplifying calculations, to work in such a rectangular coordinate system, in which it just so happens that
7480:
25106:
949:
24272:{\displaystyle dx_{1}\,dx_{2}\,dx_{3}={\frac {a_{1}a_{2}a_{3}}{\mathbf {a} _{1}\cdot (\mathbf {a} _{2}\times \mathbf {a} _{3})}}\cdot dx\,dy\,dz.}
18127:{\displaystyle \mathbf {r} =x_{1}{\frac {\mathbf {a} _{1}}{a_{1}}}+x_{2}{\frac {\mathbf {a} _{2}}{a_{2}}}+x_{3}{\frac {\mathbf {a} _{3}}{a_{3}}},}
4734:{\displaystyle \mathrm {X} _{f}(\tau )={\tfrac {2}{P}}\int _{x_{0}}^{x_{0}+P}s(x)\cdot \cos \left(2\pi f(x-\tau )\right)\,dx;\quad \tau \in \left}
18248:
29231:
26333:
26182:
30125:
28824:{\displaystyle {\frac {1}{n^{2}\pi }}\sum _{k=0}^{2^{n^{3}}/2}{\frac {2}{2k+1}}\sim {\frac {1}{n^{2}\pi }}\ln 2^{n^{3}}={\frac {n}{\pi }}\ln 2}
26626:
21924:
9657:
30472:
28053:
9999:. If there is no heat source within the plate, and if three of the four sides are held at 0 degrees Celsius, while the fourth side, given by
15196:
12466:
This table shows some mathematical operations in the time domain and the corresponding effect in the Fourier series coefficients. Notation:
30565:
12015:
11572:{\displaystyle s(x)={\begin{cases}A&\quad {\text{for }}0\leq x<D\cdot P\\0&\quad {\text{for }}D\cdot P\leq x<P\\\end{cases}}}
9793:
used in Fourier series, Fourier revolutionized both mathematics and physics. Although similar trigonometric series were previously used by
8508:
27778:
26829:
Because of the least squares property, and because of the completeness of the Fourier basis, we obtain an elementary convergence result.
13941:
11819:
10118:, then one can show that the stationary heat distribution (or the heat distribution after a long period of time has elapsed) is given by
30053:
26159:
These theorems, and informal variations of them that don't specify the convergence conditions, are sometimes referred to generically as
19004:. In what follows, we use function notation to denote these coefficients, where previously we used subscripts. If we write a series for
29403:
17692:
For two-dimensional arrays with a staggered appearance, half of the Fourier series coefficients disappear, due to additional symmetry.
5046:
harmonic. It is also an example of deriving the maximum from just two samples, instead of searching the entire function. Combining
24713:
15012:
10745:{\displaystyle {\begin{aligned}&A_{0}\\&A_{n}\quad {\text{for }}n\geq 1\\&B_{n}\quad {\text{for }}n\geq 1\end{aligned}}}
30406:
2671:
29046:
17913:
16466:
167:
functions, have Fourier series that converge to the original function. The coefficients of the Fourier series are determined by
29536:
12445:{\displaystyle {\begin{aligned}A_{0}=&{\frac {A}{3}}\\A_{n}=&{\frac {4A}{\pi ^{2}n^{2}}}\\B_{n}=&0\\\end{aligned}}}
8858:
6623:
representation. Square brackets are often used to emphasize that the domain of this function is a discrete set of frequencies.
1252:
The equivalence of these forms requires certain relationships among the coefficients. For instance, the trigonometric identity
29696:
29350:[On the convergence of trigonometric series which serve to represent an arbitrary function between two given limits].
30416:
29941:
29787:
29760:
29733:
29706:
29647:
29518:
29273:
25947:{\displaystyle \int _{-\pi }^{\pi }\cos(mx)\,\sin(nx)\,dx={\frac {1}{2}}\int _{-\pi }^{\pi }\sin((n+m)x)+\sin((n-m)x)\,dx=0;}
13769:
9086:{\displaystyle \varphi (y)=a_{0}\cos {\frac {\pi y}{2}}+a_{1}\cos 3{\frac {\pi y}{2}}+a_{2}\cos 5{\frac {\pi y}{2}}+\cdots .}
313:
periodic. Periodic functions can be identified with functions on a circle; for this reason Fourier series are the subject of
17:
29348:"Sur la convergence des séries trigonométriques qui servent à représenter une fonction arbitraire entre des limites données"
13652:
30080:
14945:
8826:-smooth) function can be represented by a trigonometric series. The first announcement of this great discovery was made by
2556:
because it simplifies the arguments of the sinusoid functions, at the expense of generality. And some authors assume that
70:
29723:
22532:
8742:
403:
mathematical ideas and tools that were not available in Fourier's time. Fourier originally defined the Fourier series for
29777:
29750:
28191:
18137:
15763:
14369:
14313:
8727:
30580:
30411:
30171:
30118:
29837:
29610:
29578:
27366:{\displaystyle \left(\sum _{n\neq 0}|S|\right)^{2}\leq \sum _{n\neq 0}{\frac {1}{n^{2}}}\cdot \sum _{n\neq 0}|nS|^{2}.}
11998:{\displaystyle {\begin{aligned}A_{0}=&{\frac {A}{2}}\\A_{n}=&0\\B_{n}=&{\frac {-A}{n\pi }}\\\end{aligned}}}
412:
85:
75:
18942:{\displaystyle g(x_{1},x_{2},x_{3})=g(x_{1}+a_{1},x_{2},x_{3})=g(x_{1},x_{2}+a_{2},x_{3})=g(x_{1},x_{2},x_{3}+a_{3}).}
16346:
12195:{\displaystyle {\begin{aligned}A_{0}=&{\frac {A}{2}}\\A_{n}=&0\\B_{n}=&{\frac {A}{n\pi }}\\\end{aligned}}}
4545:
rectangular coordinates can be determined by evaluating the cross-correlation at just two phase lags separated by 90º.
30560:
30005:
29981:
29886:
29867:
29812:
29491:
29462:
29436:
29241:
29214:
29189:
13480:
13356:
4046:{\displaystyle C_{n}={\frac {1}{P}}\int _{P}s(x)e^{-i2\pi {\tfrac {n}{P}}x}\,dx;\quad \forall \ n\in \mathbb {Z} \,}
2977:{\displaystyle A_{k}={\frac {2}{P}}\underbrace {\int _{P}\cos ^{2}\left(2\pi {\tfrac {k}{P}}x\right)\,dx} _{P/2}=1,}
30570:
15837:
8711:
4172:
4124:
29394:
9098:
30462:
30452:
29122:
28928:
24312:
as an integral with the traditional coordinate system over the volume of the primitive cell, instead of with the
23819:
which after some calculation and applying some non-trivial cross-product identities can be shown to be equal to:
23502:
13227:
13103:
1880:
494:
60:
28446:
15552:
5536:
2608:
2303:
29343:
28883:
16586:
14647:
8885:
27483:
16422:
16176:
14595:
13556:
13427:
13271:
30575:
30477:
30111:
30034:
28021:
27910:
27205:
26154:
26138:
22690:{\displaystyle f(\mathbf {r} )=\sum _{\mathbf {G} }h(\mathbf {G} )\cdot e^{i\mathbf {G} \cdot \mathbf {r} },}
17076:
16895:
15974:
13147:
12700:
9866:
9863:
The Fourier series expansion of the sawtooth function (above) looks more complicated than the simple formula
8876:
From a modern point of view, Fourier's results are somewhat informal, due to the lack of a precise notion of
8846:
8527:
4814:
179:
31:
18951:
This enables us to build up a set of Fourier coefficients, each being indexed by three independent integers
10477:
Some common pairs of periodic functions and their Fourier series coefficients are shown in the table below.
10298:
30603:
26554:
25022:{\displaystyle \langle f,\,g\rangle \;\triangleq \;{\frac {1}{2\pi }}\int _{-\pi }^{\pi }f(x)g^{*}(x)\,dx,}
16669:
14534:
13882:
13726:
10275:{\displaystyle T(x,y)=2\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{n+1}}{n}}\sin(nx){\sinh(ny) \over \sinh(n\pi )}.}
8827:
8777:
6739:{\displaystyle S(f)\ \triangleq \ \sum _{n=-\infty }^{\infty }S\cdot \delta \left(f-{\frac {n}{P}}\right),}
438:
28985:
27671:
23915:{\displaystyle {\frac {a_{1}a_{2}a_{3}}{\mathbf {a} _{1}\cdot (\mathbf {a} _{2}\times \mathbf {a} _{3})}}}
18561:
703:{\displaystyle s_{_{N}}(x)=D_{0}+\sum _{n=1}^{N}D_{n}\cos \left(2\pi {\tfrac {n}{P}}x-\varphi _{n}\right)}
30585:
30029:
26094:
26052:
16041:
15885:
12814:
7366:, even though the Fourier integral of a periodic function is not convergent at the harmonic frequencies.
29901:
Enrique A. Gonzalez-Velasco (1992). "Connections in Mathematical Analysis: The Case of Fourier Series".
27001:
15350:
12310:{\displaystyle s(x)={\frac {4A}{P^{2}}}\left(x-{\frac {P}{2}}\right)^{2}\quad {\text{for }}0\leq x<P}
30467:
29040:
28948:
28938:
28933:
28863:
18954:
17686:
16825:, which proves results about representations of compact groups analogous to those about finite groups.
14922:{\textstyle {\frac {1}{P}}\int _{P}|s(x)|^{2}\,dx=\sum _{n=-\infty }^{\infty }{\Bigl |}S{\Bigr |}^{2}.}
14697:
13927:
12757:
10854:{\displaystyle s(x)=A\left|\sin \left({\frac {2\pi }{P}}x\right)\right|\quad {\text{for }}0\leq x<P}
10534:
9798:
8789:
8647:
7657:{\displaystyle s(x+2\pi k)=s(x),\quad \mathrm {for} -\pi <x<\pi {\text{ and }}k\in \mathbb {Z} .}
6303:
2530:
271:(in red) is a Fourier series sum of 6 harmonically related sine waves (in blue). Its Fourier transform
65:
29125:, although the latter made some independent contributions to the theory of waves and vibrations. (See
25276:
24080:
24051:
24022:
23993:
23960:
23927:
21895:
18315:
18219:
17831:
9934:
373:
30457:
30447:
30437:
29893:
2003 unabridged republication of the 1878 English translation by Alexander Freeman of Fourier's work
28898:
24284:
23360:
in order to calculate the volume element in the original rectangular coordinate system. Once we have
17860:
17682:
16220:
8933:
8532:
A proof that a Fourier series is a valid representation of any periodic function (that satisfies the
6887:
6820:
4427:
2639:
1190:
1134:
30024:
28555:
27741:
22052:
21990:
16288:
11491:
11391:
11285:
11089:
10936:
6853:
30081:
Joseph Fourier – A site on Fourier's life which was used for the historical section of this article
28503:
27147:
26301:
24548:
16145:
15086:
11782:
9762:
5022:
4769:
1850:
30047:
29329:
27053:
22136:
22114:
17973:
17891:
17260:
16643:
16103:
7428:
5800:
4367:
320:
30629:
30624:
30552:
30374:
27527:
27379:
27103:
26918:
10028:
9790:
8866:
8831:
7385:
1818:
1814:
1263:
144:
24573:
13609:
8756:
Example of convergence to a somewhat arbitrary function. Note the development of the "ringing" (
4947:
30214:
30161:
28868:
16822:
16776:
13017:
12478:
10438:
9341:
8901:
8877:
2417:
29931:
29639:
29261:
28443:
increases, the coefficients will be positive and increasing until they reach a value of about
26965:
26862:
26472:
25032:
21858:{\displaystyle \mathbf {G} =m_{1}\mathbf {g} _{1}+m_{2}\mathbf {g} _{2}+m_{3}\mathbf {g} _{3}}
17794:{\displaystyle \mathbf {R} =n_{1}\mathbf {a} _{1}+n_{2}\mathbf {a} _{2}+n_{3}\mathbf {a} _{3}}
17121:
17085:
16945:
16867:
If the domain is not a group, then there is no intrinsically defined convolution. However, if
15257:
15224:
14737:
12931:
10089:
9833:
6626:
Another commonly used frequency domain representation uses the Fourier series coefficients to
2808:
238:
30421:
30166:
28853:
27575:
26456:
25981:
24787:
22088:
17335:
16735:
16560:
15923:
15730:{\displaystyle h_{_{P}}(x)\triangleq \int _{P}s_{_{P}}(\tau )\cdot r_{_{P}}(x-\tau )\,d\tau }
15128:
14709:
10458:
10454:
9837:
9825:
8835:
8703:
6847:
2775:
29381:
28873:
28628:
27632:
12546:
10385:
10002:
8484:
8454:
30532:
30369:
30138:
29995:
29482:
Analysis of Economic Time Series. Economic Theory, Econometrics, and Mathematical Economics
29386:
29105:
27980:
27605:
27426:
25068:
24369:
24342:
24315:
23477:
23450:
23423:
23336:
23309:
23282:
21868:
19070:
19027:
18677:
18650:
18623:
18192:
17804:
15611:
15503:
13057:
12968:
12856:
9806:
8781:
8771:
8533:
8477:, the Fourier series converges to 0, which is the half-sum of the left- and right-limit of
6249:
5767:
5740:
4927:
4340:
2408:
1915:
1823:
1789:
1762:
416:
342:
148:
26525:
16724:
tends to zero, which means that the Fourier coefficients converge to zero faster than the
10624:
10587:
10483:
10356:
9914:
9183:
9154:
8620:
8571:
8050:
7336:
4973:
4898:
4398:
4095:
2559:
2334:
309:, a more general tool that can even find the frequency information for functions that are
300:
is a frequency-domain representation that reveals the amplitudes of the summed sine waves.
274:
8:
30512:
30379:
29545:] (in French). Paris: Gauthier-Villars et Fils. pp. 218–219 – via Gallica.
28602:
27694:. More generally, the Fourier series is absolutely summable, thus converges uniformly to
27571:
22026:
17054:
16891:
16862:
13838:
12588:
9843:
4852:
2743:
1241:
particularly useful for its insight into the rationale for the series coefficients. (see
415:
have since been defined, extending his initial idea to many applications and birthing an
29323:
29139:
reasons of historical interest", presented as though it were Fourier's original memoire.
27735:
27174:
21768:
lattice vector can be written (but does not mean that it is the only way of writing) as
17071:
The generalization to compact groups discussed above does not generalize to noncompact,
16263:
15319:
12652:
9824:
When Fourier submitted a later competition essay in 1811, the committee (which included
6278:
4456:
4323:{\displaystyle s_{N}(x)=\operatorname {Re} (s_{N}(x))+i\ \operatorname {Im} (s_{N}(x)).}
2383:
1080:
471:
30442:
30353:
30338:
30310:
30290:
30229:
30097:
29918:
29627:
29480:
29361:
27956:
27936:
27916:
27717:
27697:
27585:
27554:
27453:
27406:
27083:
26945:
26898:
26842:
26606:
26505:
26307:
26032:
25957:
25256:
25236:
25216:
25196:
24897:
24877:
24610:
23403:
23383:
23363:
23262:
23242:
23222:
21026:
20079:
19007:
17967:
17315:
17295:
17232:
17177:
17157:
17066:
17036:
16981:
16925:
16905:
16870:
16841:
16326:
16125:
16079:
16021:
15740:
15529:
15509:
15485:
15290:
15204:
15170:
14937:
14773:
14717:
14510:
12889:
12632:
12522:
10512:
10420:
10069:
8862:
8600:
8551:
8099:
8079:
6792:
6772:
6752:
6602:
6341:
5002:
4878:
4479:
2994:
2588:
2363:
1947:
1886:
1245:) The exponential form is most easily generalized for complex-valued functions. (see
1219:
1163:
1103:
29290:
28914:
transforms a Fourier series into a Laurent series, or conversely. This is used in the
24838:
17197:
17001:
16806:
to pointwise products. The Fourier series exists and converges in similar ways to the
10584:
designate the Fourier series coefficients (sine-cosine form) of the periodic function
8653:
2495:
2444:
30:"Fourier's theorem" redirects here. For the number of real roots of a polynomial, see
30542:
30343:
30315:
30269:
30259:
30239:
30224:
30063:
30001:
29977:
29970:
29937:
29882:
29863:
29833:
29808:
29783:
29756:
29729:
29702:
29643:
29632:
29606:
29574:
29514:
29487:
29458:
29432:
29269:
29237:
29210:
29185:
28888:
28028:
28005:
27197:
25189:
24781:
17674:
17254:
17072:
12470:
10289:
function. This solution of the heat equation is obtained by multiplying each term of
9818:
9810:
8925:
8917:
8707:
4808:
4532:
4392:
3420:
1259:
432:
306:
160:
140:
50:
40:
29506:
17053:
to be the sphere with the usual metric, in which case the Fourier basis consists of
30527:
30348:
30274:
30264:
30244:
30146:
30066:
29910:
29398:
29118:
28893:
28878:
28858:
27974:
26824:
17250:
16899:
16858:
16790:
that are compact. This generalizes the Fourier transform to all spaces of the form
9911:. For example, consider a metal plate in the shape of a square whose sides measure
9802:
8921:
8889:
8793:
8757:
6620:
3474:
420:
367:
314:
136:
103:
80:
27913:
are known, ranging from the moderately simple result that the series converges at
27403:
is absolutely summable. The sum of this series is a continuous function, equal to
13926:
When the real and imaginary parts of a complex function are decomposed into their
8597:(which may not exist everywhere) is square integrable, then the Fourier series of
2407:
functions typical of physical processes, equality is customarily assumed, and the
30305:
30234:
30084:
29452:
29426:
28953:
28943:
27201:
25762:
25311:
17888:, such that it obeys the condition of periodicity for any Bravais lattice vector
17701:
16898:. The Laplace–Beltrami operator is the differential operator that corresponds to
16787:
15831:
10286:
408:
26142:
17194:
is compact, one also obtains a Fourier series, which converges similarly to the
9313:{\displaystyle a_{k}=\int _{-1}^{1}\varphi (y)\cos(2k+1){\frac {\pi y}{2}}\,dy.}
1100:
which is also the number of cycles the corresponding sinusoids make in interval
30522:
30517:
30196:
30181:
29991:
29876:
29319:
29257:
29165:
28903:
24685:{\displaystyle \mathbf {a} _{1}\cdot (\mathbf {a} _{2}\times \mathbf {a} _{3})}
16833:
14157:
14134:
14111:
14088:
14071:
10441:. This method of solving the heat problem was made possible by Fourier's work.
9814:
8861:. Fourier's idea was to model a complicated heat source as a superposition (or
8785:
4760:
152:
29683:
29384:[About the representability of a function by a trigonometric series].
29347:
16998:
is a Riemannian manifold. The Fourier series converges in ways similar to the
11218:
7548:{\displaystyle s(x)={\frac {x}{\pi }},\quad \mathrm {for} -\pi <x<\pi ,}
535:
30618:
30502:
30176:
25179:{\displaystyle f=\sum _{n=-\infty }^{\infty }\langle f,e_{n}\rangle \,e_{n}.}
24871:
24707:
24701:
16888:
16783:
16768:
15197:
Convolution theorem § Periodic convolution (Fourier series coefficients)
14339:. Conversely, an even-symmetric transform implies a real-valued time-domain.
10450:
10382:
seems to have a needlessly complicated Fourier series, the heat distribution
9908:
8870:
8842:
8797:
8515:
7463:
7379:
1052:{\displaystyle s_{_{N}}(x)=\sum _{n=-N}^{N}C_{n}\ e^{i2\pi {\tfrac {n}{P}}x}}
156:
29382:"Ueber die Darstellbarkeit einer Function durch eine trigonometrische Reihe"
29160:
30507:
30249:
30191:
30046:
30042:
29965:
29209:(1st ed.). Cambridge, UK: Cambridge University Press. pp. 42–44.
25954:
furthermore, the sines and cosines are orthogonal to the constant function
18305:{\displaystyle {\hat {\mathbf {a} _{i}}}={\frac {\mathbf {a} _{i}}{a_{i}}}}
8929:
2404:
29390:
26441:{\displaystyle p_{_{N}}(x)=\sum _{n=-N}^{N}p\ e^{i2\pi {\tfrac {n}{P}}x}.}
26290:{\displaystyle s_{_{N}}(x)=\sum _{n=-N}^{N}S\ e^{i2\pi {\tfrac {n}{P}}x},}
10864:
9855:
8537:
30254:
30201:
29950:
28919:
28848:
16803:
8905:
8873:. This superposition or linear combination is called the Fourier series.
8544:
404:
216:
187:
27:
Decomposition of periodic functions into sums of simpler sinusoidal forms
26148:
21980:{\displaystyle \mathbf {g_{i}} \cdot \mathbf {a_{j}} =2\pi \delta _{ij}}
17857:
are three linearly independent vectors. Assuming we have some function,
9742:{\displaystyle \cos(2j+1){\frac {\pi y}{2}}\cos(2k+1){\frac {\pi y}{2}}}
4054:
30103:
30093:
29922:
29664:"Characterizations of a linear subspace associated with Fourier series"
28185:
Because the function is even the Fourier series contains only cosines:
28175:{\displaystyle f(x)=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{n^{2}}}\sin \left.}
26808:{\displaystyle \|g\|_{2}={\sqrt {{1 \over P}\int _{P}|g(x)|^{2}\,dx}}.}
14528:
6631:
6627:
4540:
1128:
164:
29957:. Mathsci Press Brookline, Mass, 1979. Translated by M. Ackerman from
18620:, is now a function of three-variables, each of which has periodicity
17695:
12089:
11887:
11582:
2441:
represents integration over the chosen interval. Typical choices are
30186:
30092:
This article incorporates material from example of Fourier series on
30071:
29567:
Mathematische Formelsammlung: für Ingenieure und Naturwissenschaftler
29300:. Department of Applied Mathematics, Illinois Institute of Technology
26141:, but follows also from the properties of classical kernels like the
25100:
The basic Fourier series result for Hilbert spaces can be written as
17292:
We can also define the Fourier series for functions of two variables
16837:
16802:
is a compact group, in such a way that the Fourier transform carries
16772:
12320:
12079:{\displaystyle s(x)=A-{\frac {Ax}{P}}\quad {\text{for }}0\leq x<P}
8909:
8897:
8823:
6814:
1184:
29914:
23517:
1906:
But typically the coefficients are determined by frequency/harmonic
171:
of the function multiplied by trigonometric functions, described in
30134:
29663:
29634:
Digital Signal Processing: Principles, Algorithms, and Applications
29262:"Logic and the philosophy of mathematics in the nineteenth century"
27896:{\displaystyle \sup _{x}|s(x)-s_{_{N}}(x)|\leq \sum _{|n|>N}|S|}
27196:. Since the derivative is continuous, and therefore bounded, it is
11877:{\displaystyle s(x)={\frac {Ax}{P}}\quad {\text{for }}0\leq x<P}
8881:
168:
29857:
29366:
15475:{\displaystyle h_{_{P}}(x)\triangleq s_{_{P}}(x)\cdot r_{_{P}}(x)}
8892:
expressed Fourier's results with greater precision and formality.
29959:
Vorlesungen über die Entwicklung der Mathematik im 19 Jahrhundert
29807:(2nd corrected ed.). New York, NY: Dover Publications, Inc.
29268:. Vol. VII: The Nineteenth Century. Routledge. p. 204.
9829:
7467:
Animated plot of the first five successive partial Fourier series
27977:'s much more sophisticated result that the Fourier series of an
22155:
in the original Bravais lattice space, their scalar product is:
15502:-periodic, and its Fourier series coefficients are given by the
12629:
designate the Fourier series coefficients (exponential form) of
112:
20395:
Finally applying the same for the third coordinate, we define:
16845:
15076:{\textstyle \sum _{n=-\infty }^{\infty }|c_{n}|^{2}<\infty }
9326:
Mémoire sur la propagation de la chaleur dans les corps solides
8913:
8854:
8803:
Mémoire sur la propagation de la chaleur dans les corps solides
8796:. Fourier introduced the series for the purpose of solving the
29684:
Vanishing of Half the Fourier Coefficients in Staggered Arrays
29121:, especially D'Alembert. Euler's work in this area was mostly
24773:{\displaystyle \left\{e_{n}=e^{inx}:n\in \mathbb {Z} \right\}}
8780:(1768–1830), who made important contributions to the study of
7374:
127:
29860:
Elementary Differential Equations and Boundary Value Problems
26137:= 1,2,.... The density of their span is a consequence of the
9794:
8800:
in a metal plate, publishing his initial results in his 1807
6810:
2733:{\displaystyle s(x)=\cos \left(2\pi {\tfrac {k}{P}}x\right).}
29535:
Fourier, Jean-Baptiste-Joseph (1888). Gaston Darboux (ed.).
29478:
Nerlove, Marc; Grether, David M.; Carvalho, Jose L. (1995).
29097:{\displaystyle {\mathcal {F}}\{e^{i2\pi {\tfrac {n}{P}}x}\}}
17959:{\displaystyle f(\mathbf {r} )=f(\mathbf {R} +\mathbf {r} )}
16828:
14288:
From this, various relationships are apparent, for example:
8538:§ Fourier theorem proving convergence of Fourier series
29900:
29184:(3rd ed.). Cambridge, UK: Cambridge University Press.
28599:) and getting smaller, before starting a new such wave. At
17678:
16550:{\displaystyle {\widehat {s^{(k)}}}=(in)^{k}{\widehat {s}}}
11565:
11438:
11363:
11201:
11014:
8850:
124:
118:
115:
9859:
Heat distribution in a metal plate, using Fourier's method
30000:(third ed.). Cambridge: Cambridge University Press.
26709:{\displaystyle \|s_{_{N}}-s\|_{2}<\|p_{_{N}}-s\|_{2},}
15920:
is the sequence of Fourier coefficients of a function in
9654:
can be carried out term-by-term. But all terms involving
5824:
of maximum correlation. And the component's amplitude is
4121:
is a complex-valued function. This follows by expressing
29877:
Joseph Fourier, translated by Alexander Freeman (2003).
29862:(8th ed.). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.
29395:
Königlichen Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen
28033:
Une série de Fourier-Lebesgue divergente presque partout
26029:
consisting of real functions is formed by the functions
17075:. However, there is a straightforward generalization to
6813:. The "teeth" of the comb are spaced at multiples (i.e.
6769:
represents a continuous frequency domain. When variable
215:
The first four partial sums of the Fourier series for a
30061:
29397:, vol. 13, 1867. Published posthumously for Riemann by
28552:
and then become negative (starting with a value around
23219:
we can solve this system of three linear equations for
22608:, the sum is actually over reciprocal lattice vectors:
16922:. Then, by analogy, one can consider heat equations on
15971:
if and only if it is a convolution of two sequences in
13827:{\displaystyle s(x)\cdot e^{i2\pi {\frac {n_{0}}{P}}x}}
172:
29477:
29075:
26551:, in the sense that, for any trigonometric polynomial
26502:
is the unique best trigonometric polynomial of degree
26419:
26268:
21707:
21668:
21629:
21385:
21330:
21275:
20965:
20926:
20887:
20599:
20346:
20291:
20018:
19979:
19743:
19496:
19269:
16285:
can be expressed in terms of the Fourier coefficients
15015:
14799:
14650:
14598:
14537:
13715:{\displaystyle S\cdot e^{-i2\pi {\tfrac {x_{0}}{P}}n}}
13689:
9886:
9759:
vanish when integrated from −1 to 1, leaving only the
8857:
wave. These simple solutions are now sometimes called
7266:
6825:
6619:
represents time, the coefficient sequence is called a
6575:
6556:
6485:
6466:
5423:
5369:
5305:
5251:
5158:
5104:
4715:
4585:
4432:
3998:
3555:
3508:
3377:
3314:
3283:
3226:
3176:
3142:
3104:
3073:
3031:
2919:
2708:
2644:
2617:
2312:
2225:
2112:
1444:
1379:
1295:
1195:
1139:
1033:
887:
837:
668:
503:
30483:
1/2 + 1/3 + 1/5 + 1/7 + 1/11 + ⋯ (inverses of primes)
30473:
1 − 1 + 2 − 6 + 24 − 120 + ⋯ (alternating factorials)
29049:
28988:
28664:
28631:
28605:
28558:
28506:
28449:
28269:
28194:
28056:
28024:
yields a simple non-constructive proof of this fact.
27983:
27959:
27939:
27919:
27781:
27744:
27720:
27700:
27674:
27635:
27608:
27588:
27557:
27530:
27486:
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27217:
27177:
27150:
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27086:
27056:
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Fourier theorem proving convergence of Fourier series
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17263:
17257:
when the underlying locally compact Abelian group is
17235:
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16928:
16908:
16873:
16844:, which can be used to produce Fourier series on the
16738:
16672:
16646:
16589:
16563:
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8554:
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8102:
8082:
8053:
8047:
It can be shown that the Fourier series converges to
7676:
7562:
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6755:
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6379:
6367:, and functional notation often replaces subscripting
6344:
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5770:
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1950:
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1083:
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577:
497:
474:
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426:
376:
345:
323:
277:
241:
109:
29619:
29454:
Theory of Complex Functions: Readings in Mathematics
28020:-periodic function need not converge pointwise. The
22601:{\displaystyle g(x_{1},x_{2},x_{3})=f(\mathbf {r} )}
22111:). Then for any arbitrary reciprocal lattice vector
17970:. First, we may write any arbitrary position vector
17681:
image compression standard uses the two-dimensional
8865:) of simple sine and cosine waves, and to write the
7667:
In this case, the Fourier coefficients are given by
29776:Pribram, Karl H.; Yasue, Kunio; Jibu, Mari (1991).
29571:
Mathematical Functions for Engineers and Physicists
28250:{\displaystyle \sum _{m=0}^{\infty }C_{m}\cos(mx).}
27772:. In the absolutely summable case, the inequality:
18182:{\displaystyle a_{i}\triangleq |\mathbf {a} _{i}|,}
17696:
Fourier series of Bravais-lattice-periodic-function
8900:. The Fourier series has many such applications in
8808:
Treatise on the propagation of heat in solid bodies
8760:) at the transitions to/from the vertical sections.
2665:
scaling factor is explained by taking a simple case
539:Fig 1. The top graph shows a non-periodic function
106:
29969:
29631:
29479:
29428:Landmark Writings in Western Mathematics 1640–1940
29096:
29022:
28823:
28647:
28617:
28591:
28540:
28492:
28428:
28249:
28174:
27996:
27965:
27945:
27925:
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27726:
27706:
27686:
27660:
27621:
27594:
27563:
27543:
27516:
27462:
27442:
27415:
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27163:
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27042:
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26954:
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17025:
16990:
16970:
16934:
16914:
16879:
16821:An alternative extension to compact groups is the
16750:
16716:
16658:
16632:
16575:
16549:
16455:
16408:
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16315:
16277:
16252:
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16161:
16134:
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16068:
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9789:In these few lines, which are close to the modern
9778:
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5011:
4991:
4970:of that frequency. Figure 2 is an example, where
4962:
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4916:
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4867:
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1112:
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1051:
913:
702:
547:) in blue defined only over the red interval from
521:
483:
456:
407:-valued functions of real arguments, and used the
391:
358:
331:
292:
263:
30057:. Vol. 10 (11th ed.). pp. 753–758.
29930:Fetter, Alexander L.; Walecka, John Dirk (2003).
29342:
24870:. This space is actually a Hilbert space with an
17060:
14905:
14885:
13867:
10472:
7382:, a periodic continuation of the linear function
30616:
30098:Creative Commons Attribution/Share-Alike License
29775:
29625:
29123:comtemporaneous/ in collaboration with Bernoulli
28625:the Fourier series is simply the running sum of
27783:
17689:, which uses only cosine as the basis function.
16409:{\displaystyle {\widehat {s'}}=in{\widehat {s}}}
14652:
14600:
14539:
6886:can be recovered from this representation by an
2988:
219:. As more harmonics are added, the partial sums
29933:Theoretical Mechanics of Particles and Continua
29353:Journal für die reine und angewandte Mathematik
24695:
14342:The transform of an imaginary-valued function (
13545:{\displaystyle {\frac {1}{2i}}(s(x)-s^{*}(-x))}
6599:In engineering, particularly when the variable
29955:Development of mathematics in the 19th century
25233:or the functions are different, and π only if
17704:is defined as the set of vectors of the form:
13416:{\displaystyle {\frac {1}{2}}(s(x)+s^{*}(-x))}
10457:. The example generalizes and one may compute
4391:can be understood and derived in terms of the
30119:
29929:
29858:William E. Boyce; Richard C. DiPrima (2005).
29600:
29424:
29204:
29126:
17287:
15875:{\displaystyle \left\{c_{n}\right\}_{n\in Z}}
14398:The transform of an even-symmetric function (
5571:is zero at the phase of maximum correlation.
4210:{\displaystyle \operatorname {Im} (s_{N}(x))}
4162:{\displaystyle \operatorname {Re} (s_{N}(x))}
1246:
30566:Hypergeometric function of a matrix argument
29976:(3rd ed.). New York: McGraw-Hill, Inc.
29964:
29725:Advances in Electronics and Electron Physics
29721:
29291:"Fourier Series and Boundary Value Problems"
29250:
29091:
29057:
27031:
27005:
26730:
26723:
26716:where the Hilbert space norm is defined as:
26694:
26668:
26656:
26630:
25159:
25140:
24937:
24924:
15583:
15571:
14444:The transform of an odd-symmetric function (
12461:
10025:, is maintained at the temperature gradient
9144:{\displaystyle \cos(2k+1){\frac {\pi y}{2}}}
6936:
6921:
4999:is a square wave (not shown), and frequency
4217:as separate real-valued Fourier series, and
223:(become more and more like) the square wave.
30422:1 + 1/2 + 1/3 + ... (Riemann zeta function)
29782:. Lawrence Erlbaum Associates. p. 26.
15757:-periodic, with Fourier series coefficients
13260:{\displaystyle \operatorname {Im} {(s(x))}}
13136:{\displaystyle \operatorname {Re} {(s(x))}}
10509:designates a periodic function with period
4076:
522:{\displaystyle s_{\scriptscriptstyle N}(x)}
30126:
30112:
29990:
29802:
29596:
29594:
29592:
29590:
29573:] (in German). Vieweg+Teubner Verlag.
29312:
28493:{\displaystyle C_{m}\approx 2/(n^{2}\pi )}
24944:
24940:
24692:is the volume of the primitive unit cell.
21921:are reciprocal lattice vectors to satisfy
17082:This generalizes the Fourier transform to
14689:{\textstyle \lim _{n\to +\infty }b_{n}=0.}
5564:{\displaystyle \mathrm {X} _{n}(\varphi )}
2629:{\displaystyle s_{\scriptstyle {\infty }}}
2324:{\displaystyle s_{\scriptstyle {\infty }}}
305:Fourier series are closely related to the
30478:1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + ⋯ (harmonic series)
29830:Les maths en tête. Analyse (2ème édition)
29560:
29558:
29556:
29554:
29552:
29431:, Elsevier (published 2005), p. 49,
29365:
29288:
29256:
29119:important early work on the wave equation
27507:
26793:
26451:
25928:
25827:
25808:
25697:
25596:
25577:
25477:
25376:
25357:
25162:
25009:
24933:
24761:
24590:
24583:
24259:
24252:
24140:
24126:
22881:
22828:
22775:
21534:
20636:
19780:
19306:
17992:in the coordinate-system of the lattice:
17647:
17640:
17442:
17265:
16633:{\displaystyle {\widehat {s^{(k)}}}\to 0}
16446:
16200:
16108:
16059:
15992:
15903:
15720:
15361:
14979:
14962:
14849:
14637:{\textstyle \lim _{n\to +\infty }a_{n}=0}
14502:
14292:The transform of a real-valued function (
14227:
14210:
13900:
13744:
12831:
9633:
9445:
9300:
7980:
7861:
7756:
7647:
7192:
7064:
6241:
5442:
5324:
5183:
4686:
4042:
4038:
4014:
2938:
2131:
2034:
1077:The harmonics are indexed by an integer,
379:
325:
147:. The Fourier series is an example of a
30133:
30012:The first edition was published in 1935.
29108:, which is an example of a distribution.
27517:{\displaystyle s\in C^{1}(\mathbb {T} )}
27423:, since the Fourier series converges in
25188:
22529:So it is clear that in our expansion of
16827:
16456:{\displaystyle s\in C^{k}(\mathbb {T} )}
16210:{\displaystyle s\in C^{1}(\mathbb {T} )}
13764:Shift in frequency / Modulation in time
13604:Shift in time / Modulation in frequency
13589:{\displaystyle \operatorname {Im} {(S)}}
13460:{\displaystyle \operatorname {Re} {(S)}}
13336:{\displaystyle {\frac {1}{2i}}(S-S^{*})}
9854:
8884:in the early nineteenth century. Later,
8776:The Fourier series is named in honor of
8514:This example leads to a solution of the
7462:
7373:
4539:
534:
366:. The Fourier transform is also part of
32:Budan's theorem § Fourier's theorem
29827:
29748:
29694:
29638:(3rd ed.). Prentice Hall. p.
29587:
29534:
29450:
29229:
29179:
26818:
17253:. This generalization yields the usual
16852:
16002:{\displaystyle \ell ^{2}(\mathbb {Z} )}
15190:
14931:
13207:{\displaystyle {\frac {1}{2}}(S+S^{*})}
12746:{\displaystyle a\cdot s(x)+b\cdot r(x)}
9900:{\displaystyle s(x)={\tfrac {x}{\pi }}}
9850:
9333:This immediately gives any coefficient
8507:. This is a particular instance of the
7362:is therefore commonly referred to as a
4842:{\displaystyle \mathrm {X} _{f}(\tau )}
2636:approximates the entire function. The
14:
30617:
30041:
29564:
29549:
29318:
29282:
29207:Fourier Series and Integral Transforms
27171:Fourier coefficient of the derivative
16013:
14585:{\textstyle \lim _{|n|\to \infty }S=0}
13921:
10346:{\displaystyle \sinh(ny)/\sinh(n\pi )}
8784:, after preliminary investigations by
8617:converges absolutely and uniformly to
1903:represents frequency instead of time.
163:. Well-behaved functions, for example
71:Discrete Fourier transform over a ring
30107:
30062:
29205:Pinkus, Allan; Zafrany, Samy (1997).
27100:is continuously differentiable, then
26596:{\displaystyle p_{_{N}}\neq s_{_{N}}}
17249:is noncompact, one obtains instead a
16717:{\displaystyle |n|^{k}{\widehat {s}}}
14770:(periodic over an interval of length
14703:
13907:{\displaystyle n_{0}\in \mathbb {Z} }
13751:{\displaystyle x_{0}\in \mathbb {R} }
10444:
567:Fourier series, amplitude-phase form
457:{\displaystyle N\rightarrow \infty .}
29832:(in French). Ellipses. p. 264.
29805:An introduction to Harmonic Analysis
29521:. Originally published in German as
29023:{\displaystyle C_{-n}\neq C_{n}^{*}}
27687:{\displaystyle n\rightarrow \infty }
27582:This result can be proven easily if
18613:{\displaystyle g(x_{1},x_{2},x_{3})}
17077:Locally Compact Abelian (LCA) groups
12684:Frequency domain (exponential form)
10655:Frequency domain (sine-cosine form)
10449:Another application is to solve the
8568:is continuous and the derivative of
8122:
4944:at the maximum determines the phase
4550:
3924:
3445:
1971:
1497:
1267:
943:
732:
568:
30443:1 − 1 + 1 − 1 + ⋯ (Grandi's series)
29972:Principles of mathematical analysis
29722:Marton, L.; Marton, Claire (1990).
26126:{\displaystyle {\sqrt {2}}\sin(nx)}
26084:{\displaystyle {\sqrt {2}}\cos(nx)}
18344:Thus we can define a new function,
17033:case. A typical example is to take
16557:. In particular, since for a fixed
16069:{\displaystyle C^{k}(\mathbb {T} )}
15913:{\displaystyle c_{0}(\mathbb {Z} )}
14497:
14467:) is the imaginary-valued function
12851:Time reversal / Frequency reversal
12838:{\displaystyle a,b\in \mathbb {C} }
7369:
2984: as required.
24:
29850:
29052:
28309:
28211:
28088:
27909:Many other results concerning the
27681:
27536:
27388:
27080:We have already mentioned that if
27063:
27043:{\displaystyle \|s_{_{N}}-s\|_{2}}
26927:
26324:that can be generally expressed as
25135:
25130:
24835:of square-integrable functions on
24627:is the primitive unit cell, thus,
24106:. In particular, we now know that
23791:
23776:
23760:
23745:
23729:
23714:
23696:
23681:
23665:
23650:
23634:
23619:
23601:
23586:
23570:
23555:
23539:
23524:
21558:
21555:
21552:
21549:
21546:
21209:
21206:
21203:
21200:
21197:
21186:
21181:
21155:
21150:
21124:
21119:
20530:
20527:
20524:
20424:
20421:
20418:
20415:
20412:
20225:
20222:
20219:
20208:
20203:
20177:
20172:
19674:
19671:
19668:
19568:
19565:
19562:
19430:
19427:
19424:
19413:
19408:
19113:
19110:
19107:
18312:is the unit vector directed along
18216:is defined to be the magnitude of
16653:
15821:{\displaystyle H=P\cdot S\cdot R.}
15371:{\displaystyle n\in \mathbb {Z} ,}
15070:
15035:
15030:
14878:
14873:
14665:
14613:
14559:
14164:
14141:
14118:
14095:
14078:
12319:
12088:
11886:
11581:
11217:
10863:
10168:
8377:
8374:
8371:
8309:
8191:
7613:
7610:
7607:
7520:
7517:
7514:
7299:
7231:
7226:
7136:
7131:
7103:
7098:
6988:
6983:
6959:
6954:
6907:
6862:
6684:
6679:
6521:
6516:
6422:
6417:
5856:
5583:
5542:
5077:
4820:
4562:
4025:
2619:
2314:
448:
431:A Fourier series is a continuous,
427:Common forms of the Fourier series
370:, but is defined for functions on
173:Common forms of the Fourier series
76:Fourier transform on finite groups
25:
30641:
30561:Generalized hypergeometric series
30017:
27200:and its Fourier coefficients are
18997:{\displaystyle m_{1},m_{2},m_{3}}
16786:. Typical examples include those
16762:
15287:with Fourier series coefficients
12803:{\displaystyle a\cdot S+b\cdot R}
10577:{\displaystyle A_{0},A_{n},B_{n}}
6331:{\displaystyle {\widehat {s}}(n)}
2549:{\displaystyle P\triangleq 2\pi }
942:Fourier series, exponential form
731:Fourier series, sine-cosine form
411:in the decomposition. Many other
30599:
30598:
30571:Lauricella hypergeometric series
30289:
30087: (archived December 5, 2001)
29895:Théorie Analytique de la Chaleur
29406:from the original on 20 May 2008
25298:{\displaystyle 1/{\sqrt {\pi }}}
24669:
24654:
24636:
24556:
24529:
24521:
24499:
24488:
24458:
24443:
24425:
24407:
24295:
24227:
24212:
24194:
24099:{\displaystyle \mathbf {a} _{3}}
24086:
24070:{\displaystyle \mathbf {a} _{2}}
24057:
24041:{\displaystyle \mathbf {a} _{1}}
24028:
24012:{\displaystyle \mathbf {a} _{3}}
23999:
23979:{\displaystyle \mathbf {a} _{2}}
23966:
23946:{\displaystyle \mathbf {a} _{1}}
23933:
23896:
23881:
23863:
23184:
23145:
23106:
23061:
23032:
23024:
22982:
22943:
22904:
22713:
22678:
22670:
22651:
22638:
22622:
22591:
22360:
22321:
22282:
22245:
22220:
22195:
22171:
22163:
22141:
22119:
21949:
21945:
21934:
21930:
21914:{\displaystyle \mathbf {g} _{i}}
21901:
21845:
21820:
21795:
21776:
18516:
18477:
18438:
18406:
18334:{\displaystyle \mathbf {a} _{i}}
18321:
18280:
18257:
18238:{\displaystyle \mathbf {a} _{i}}
18225:
18161:
18099:
18060:
18021:
18000:
17978:
17949:
17941:
17924:
17896:
17871:
17850:{\displaystyle \mathbf {a} _{i}}
17837:
17781:
17756:
17731:
17712:
16217:, then the Fourier coefficients
15083:then there is a unique function
13012:Time reversal & conjugation
9992:{\displaystyle (x,y)\in \times }
8812:Théorie analytique de la chaleur
8749:
8734:
8719:
8116:is differentiable, and therefore
2772:is needed for convergence, with
1912:of a given real-valued function
1748:
464:The subscripted symbols, called
392:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}
317:on a circle, usually denoted as
228:
208:
195:
102:
30581:Riemann's differential equation
29897:, originally published in 1822.
29821:
29796:
29769:
29742:
29728:. Academic Press. p. 369.
29715:
29688:
29677:
29656:
29528:
29500:
29471:
29444:
29418:
29374:
29344:Lejeune-Dirichlet, Peter Gustav
29336:
29266:Routledge History of Philosophy
29132:
28929:Least-squares spectral analysis
25726:
25506:
24305:{\displaystyle h(\mathbf {G} )}
19094:, we can define the following:
17881:{\displaystyle f(\mathbf {r} )}
16253:{\displaystyle {\widehat {s'}}}
12286:
12055:
11853:
11535:
11499:
11425:
11406:
11351:
11333:
11169:
11131:
11002:
10984:
10830:
10723:
10693:
8772:Fourier analysis § History
8369:
8020:
7772:
7605:
7512:
6839:{\displaystyle {\tfrac {1}{P}}}
5696:
5692:
5663:
5659:
5193:
4696:
4446:{\displaystyle {\tfrac {n}{P}}}
4024:
3866:
3788:
3645:
3601:
3490:
2993:Another applicable identity is
2658:{\displaystyle {\tfrac {2}{P}}}
2411:provide sufficient conditions.
2253:
2153:
2138:
1881:discrete-time Fourier transform
1674:
1668:
1564:
1558:
1247:§ Complex-valued functions
1242:
1209:{\displaystyle {\tfrac {n}{P}}}
1153:{\displaystyle {\tfrac {P}{n}}}
1120:. Therefore, the sinusoids have
61:Discrete-time Fourier transform
30096:, which is licensed under the
29698:Circuits, signals, and systems
29695:Siebert, William McC. (1985).
29523:Statik und Dynamik der Schalen
29223:
29198:
29173:
29153:
29111:
29033:
28976:
28884:Fourier sine and cosine series
28592:{\displaystyle -2/(n^{2}\pi )}
28586:
28570:
28487:
28471:
28241:
28232:
28066:
28060:
27889:
27885:
27879:
27872:
27859:
27851:
27838:
27834:
27828:
27806:
27800:
27793:
27765:{\displaystyle \alpha >1/2}
27678:
27655:
27649:
27511:
27503:
27350:
27345:
27339:
27329:
27258:
27254:
27248:
27241:
27131:
27125:
27119:
27107:
27060:
26985:
26979:
26882:
26876:
26783:
26778:
26772:
26765:
26538:
26532:
26398:
26392:
26359:
26353:
26247:
26241:
26208:
26202:
26172:
26120:
26111:
26078:
26069:
26016:
26013:
25998:
25995:
25925:
25919:
25907:
25904:
25892:
25886:
25874:
25871:
25824:
25815:
25805:
25796:
25694:
25688:
25676:
25673:
25661:
25655:
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22133:and arbitrary position vector
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22016:{\displaystyle \delta _{ij}=1}
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14421:) is the real-valued function
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10473:Table of common Fourier series
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5797:creates the component's phase
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4862:
4856:
4849:is a measure of the amplitude
4836:
4830:
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3566:
3444:Exponential form coefficients
3434:
3428:
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2768:
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2566:
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2025:
1928:
1922:
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1066:
975:
969:
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758:
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594:
516:
510:
445:
287:
281:
258:
252:
182:focus on the behaviors of the
13:
1:
30576:Modular hypergeometric series
30417:1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + ⋯
29903:American Mathematical Monthly
29879:The Analytical Theory of Heat
29146:
28655:and this builds up to around
28541:{\displaystyle m=2^{n^{3}}/2}
28022:uniform boundedness principle
28011:
27911:convergence of Fourier series
27164:{\displaystyle n^{\text{th}}}
26469:The trigonometric polynomial
26155:Convergence of Fourier series
24563:{\displaystyle d\mathbf {r} }
17282:
16162:{\displaystyle k^{\text{th}}}
15118:{\displaystyle s\in L^{2}(P)}
11804:{\displaystyle 0\leq D\leq 1}
10353:. While our example function
9779:{\displaystyle k^{\text{th}}}
8939:
8847:partial differential equation
8528:Convergence of Fourier series
5039:{\displaystyle 4^{\text{th}}}
4800:{\displaystyle \cos(2\pi fx)}
4332:
2989:Exponential form coefficients
1870:{\displaystyle \varphi _{n}.}
180:convergence of Fourier series
29803:Katznelson, Yitzhak (1976).
28031:published an article titled
28004:function actually converges
27906:proves uniform convergence.
27069:{\displaystyle N\to \infty }
25065:is the complex conjugate of
24696:Hilbert space interpretation
22148:{\displaystyle \mathbf {r} }
22126:{\displaystyle \mathbf {G} }
17985:{\displaystyle \mathbf {r} }
17903:{\displaystyle \mathbf {R} }
17272:{\displaystyle \mathbb {R} }
16902:for the Riemannian manifold
16659:{\displaystyle n\to \infty }
16115:{\displaystyle \mathbb {R} }
14696:This result is known as the
13475:Imaginary part in frequency
10465:), for any positive integer
10417:is nontrivial. The function
9151:, and then integrating from
8778:Jean-Baptiste Joseph Fourier
7471:Consider a sawtooth function
7453:{\displaystyle (-\pi ,\pi ]}
5817:{\displaystyle \varphi _{n}}
4424:and a sinusoid at frequency
4384:{\displaystyle \varphi _{n}}
332:{\displaystyle \mathbb {T} }
7:
30586:Theta hypergeometric series
30030:Encyclopedia of Mathematics
29298:Math 461 Course Notes, Ch 3
29230:Tolstov, Georgi P. (1976).
28841:
27544:{\displaystyle s_{\infty }}
27396:{\displaystyle s_{\infty }}
27137:{\displaystyle (i\cdot n)S}
26935:{\displaystyle s_{\infty }}
24874:given for any two elements
16840:are partially described by
14493:, and the converse is true.
14441:, and the converse is true.
14395:, and the converse is true.
12543:functions defined only for
10059:{\displaystyle T(x,\pi )=x}
9840:, among others) concluded:
8867:solution as a superposition
7418:{\displaystyle s(x)=x/\pi }
6578:common engineering notation
6488:common mathematics notation
4453:. For a general frequency
1216:in the reciprocal units of
10:
30646:
30468:Infinite arithmetic series
30412:1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + ⋯
30407:1/2 − 1/4 + 1/8 − 1/16 + ⋯
29701:. MIT Press. p. 402.
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29451:Remmert, Reinhold (1991).
28939:Sine and cosine transforms
28934:Multidimensional transform
28864:Discrete Fourier transform
26822:
26152:
24699:
24600:{\displaystyle dx\,dy\,dz}
17288:Fourier series on a square
17064:
16856:
16766:
16169:derivative is continuous.
15601:{\displaystyle H=\{S*R\}.}
15194:
14935:
14707:
13641:{\displaystyle s(x-x_{0})}
12473:is denoted by an asterisk.
9095:Multiplying both sides by
8769:
8765:
8702:, then the Fourier series
8525:
4963:{\displaystyle (\varphi )}
4533:cross-correlation function
413:Fourier-related transforms
66:Discrete Fourier transform
29:
30594:
30551:
30495:
30430:
30399:
30392:
30362:
30331:
30324:
30298:
30287:
30210:
30154:
30145:
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29166:Dictionary.com Unabridged
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28918:-series expansion of the
28899:Half range Fourier series
27602:is further assumed to be
27206:Cauchy–Schwarz inequality
26139:Stone–Weierstrass theorem
17685:, a discrete form of the
17683:discrete cosine transform
16896:Laplace–Beltrami operator
13046:{\displaystyle s^{*}(-x)}
12512:{\displaystyle s(x),r(x)}
12462:Table of basic properties
11458:Half-wave rectified sine
11056:Full-wave rectified sine
9931:meters, with coordinates
8816:Analytical theory of heat
7333:The constructed function
6888:inverse Fourier transform
4476:and an analysis interval
2605:-periodic, in which case
2434:{\displaystyle \int _{P}}
2380:in an interval of length
2360:at most or all values of
409:sine and cosine functions
155:to find solutions to the
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26991:{\displaystyle L^{2}(P)}
26888:{\displaystyle L^{2}(P)}
26495:{\displaystyle s_{_{N}}}
26302:trigonometric polynomial
25058:{\displaystyle g^{*}(x)}
17687:Fourier cosine transform
17147:{\displaystyle L^{2}(G)}
17111:{\displaystyle L^{1}(G)}
16971:{\displaystyle L^{2}(X)}
15280:{\displaystyle r_{_{P}}}
15247:{\displaystyle s_{_{P}}}
14763:{\displaystyle L^{2}(P)}
12957:{\displaystyle s^{*}(x)}
10111:{\displaystyle (0,\pi )}
4077:Complex-valued functions
3923:Fourier series analysis
2831:{\displaystyle B_{k}=0.}
1970:Fourier series analysis
264:{\displaystyle s_{6}(x)}
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28964:), singularities, poles
26895:(an interval of length
26022:{\displaystyle L^{2}()}
24828:{\displaystyle L^{2}()}
24710:, the set of functions
24570:for the volume element
23501:, we can calculate the
22104:{\displaystyle i\neq j}
19332:And then we can write:
17381:{\displaystyle \times }
16751:{\displaystyle k\geq 1}
16576:{\displaystyle k\geq 1}
15964:{\displaystyle L^{1}()}
15160:{\displaystyle S=c_{n}}
13351:Real part in frequency
13222:Imaginary part in time
10437:cannot be written as a
8836:deferents and epicycles
8790:Jean le Rond d'Alembert
3426:Substituting this into
2798:{\displaystyle A_{k}=1}
1815:rectangular coordinates
491:determine the function
145:trigonometric functions
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18:Fourier decomposition
30533:Trigonometric series
30325:Properties of series
30172:Harmonic progression
29997:Trigonometric Series
29779:Brain and perception
29543:The Works of Fourier
29513:(1973) 2nd edition.
29387:Habilitationsschrift
29182:Trigonometric Series
29180:Zygmund, A. (2002).
29129:, pp. 209–210).
29106:Dirac delta function
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8455:
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3453:
3432:and comparison with
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2527:Some authors define
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275:
239:
149:trigonometric series
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28906:– the substitution
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26837: —
26467: —
26165:the Fourier theorem
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24706:In the language of
23953:is parallel to the
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19842:
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19202:
18558:This new function,
17583:
17565:
17055:spherical harmonics
16892:Riemannian manifold
16863:Riemannian manifold
16842:spherical harmonics
16014:Derivative property
13922:Symmetry properties
13871:{\displaystyle S\!}
12622:{\displaystyle S,R}
12471:Complex conjugation
9479:
9393:
9248:
8896:eigensolutions are
8706:to the function at
8646:. If a function is
8536:) is overviewed in
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5595:
4924:, and the value of
4868:{\displaystyle (D)}
4630:
4549:Derivation of Eq.1
3641:
3421:complex conjugation
2838: Accordingly
2759:{\displaystyle n=k}
1665:
1647:
417:area of mathematics
30311:Monotonic function
30230:Fibonacci sequence
30064:Weisstein, Eric W.
29626:Proakis, John G.;
29538:Oeuvres de Fourier
29511:Stresses in Shells
29094:
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19821:
19766:
19640:
19545:Further defining:
19533:
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19181:
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19057:
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18610:
18546:
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17067:Pontryagin duality
17043:
17023:
16988:
16968:
16932:
16912:
16877:
16850:
16823:Peter–Weyl theorem
16777:Peter–Weyl theorem
16748:
16714:
16666:, it follows that
16656:
16630:
16573:
16547:
16453:
16406:
16343:, via the formula
16333:
16313:
16278:{\displaystyle s'}
16275:
16260:of the derivative
16250:
16207:
16159:
16132:
16112:
16086:
16066:
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15516:
15492:
15472:
15368:
15341:{\displaystyle R,}
15338:
15306:
15277:
15244:
15211:
15177:
15157:
15115:
15073:
14999:
14938:Plancherel theorem
14919:
14780:
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