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Wilbraham-Gibbs 常数


设分段光滑函数 f[-pi,pi] 上定义,且仅有有限个不连续点(均为跳跃不连续点),其 傅里叶级数

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)

设不连续点位于 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)

定义

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

并设 x=x_n<cx_n 左侧的第一个局部最小值,x=xi_n>cx_n 右侧的第一个局部最大值 S_n(f,x)。则

 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)。这里,sinc(x)=sinx/xsinc 函数Si(x)正弦积分

因此,y=x傅里叶级数 在端点处不收敛于 -pipi,而是收敛于 -2G^'2G^'。Wilbraham 于 1848 年和 Gibbs 于 1899 年观察到这种现象。尽管 Wilbraham 是第一个注意到这种现象的人,但常数 G^' 经常(且不公平地)被认为是 Gibbs 的功劳,并被称为 Gibbs 常数。

有时也称为 Gibbs 常数的另一个相关常数是

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

(OEIS A036793; Le Lionnais 1983)。


参见

波束赋形, 傅里叶级数, 吉布斯现象

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参考文献

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 Wolfram|Alpha 上被引用

Wilbraham-Gibbs 常数

请引用为

Weisstein, Eric W. "Wilbraham-Gibbs Constant." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Wilbraham-GibbsConstant.html

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