波の分解と合成1

「量子の匠」練習帳



このページは,図2.14(p.44)のフーリエ級数展開 \[ f(x)=\frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^\infty a_n\cos\left(\frac{n\pi}{L}x\right)+\sum_{n=1}^\infty b_n\sin\left(\frac{n\pi}{L}x\right) \tag{2.76} \] を$n=1$から実際に各項加えながら,$f(x)$に収束していく様子を観察しよう,というものです.

オリジナル関数形を押すと,$f(x)$の三角波形を表示します. 合成波表示を押すと,(2.76)の右辺で,$n$を波の合計数 で指定した値(最大値40)まで足し上げた波形を赤線で上描き表示します.

分解合成表示を押すと,$n=1$から順番に足した波形を上描きしていきます.この時,足している 余弦波(青),正弦波(赤),そしてその和(緑)の波形を下のパネルに表示します.また,どこまで足しているか,は表示中のnの欄に表示されます.また,右下のパネルには,各係数が,足された所まで表示されます(図2.14(b)と同じ). 1つの$n$の値に対して待ち時間で指定された時間だけ待機します. また,誤差表示を押すと,$n$まで足したフーリエ級数から元の関数$f(x)$を引いた誤差を下のパネルに表示します. 縦軸は,データに合わせて縮尺されるので,表示の大きさの絶対値には意味がありません.どの辺の$x$の値に対してどのような誤差が出ているか, 相対値を見てください. ($n$の変化中にこれを押すと,途中の誤差が,$n$が次の値に変化するまで表示されます.が,縦軸の表示がErrorのままになってしまいます.)