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代表例題:x2x^2・のこぎり波・x(π2−x2)x(\pi^2-x^2)・cosh⁡x\cosh x

2026年10月15日1分で読めますAI生成教科書『基礎理論』第9章 フーリエ級数(フーリエ展開)

AI 生成・木下が未勉強

応用数学入門 第9章 §9.8 ★★★ この4型が「フーリエ級数+特殊値/Parseval」の問題の大半を扱える。

特定の関数のフーリエ級数を求め、そこに特殊値を代入したりパーセバルの等式を用いたりして、ζ(2),ζ(4),ζ(6)\zeta(2),\zeta(4),\zeta(6) などの級数和を導く問題が定番である。ここでは代表 4 型を、同じ流儀でまとめて解く。パーセバルは本章の定理(1T∫∣f∣2=a024+12∑(an2+bn2)\frac1T\int|f|^2=\frac{a_0^2}{4}+\frac12\sum(a_n^2+b_n^2))を T=2πT=2\pi で使う(よく書かれる 1π∫−ππ∣f∣2=a022+∑(an2+bn2)\frac1\pi\int_{-\pi}^{\pi}|f|^2=\frac{a_0^2}{2}+\sum(a_n^2+b_n^2) は、これを 22 倍しただけの同値な式である)。

落とし穴

この章の要点.周期関数は直交する三角関数(または複素指数)の重ね合わせに分解でき、係数は「その成分を射影で取り出す」積分で与えられる。特殊値代入(連続な端点や x=π/2x=\pi/2)で交代符号を消し、Parseval で二乗和を出す。これが ζ\zeta 値を導く定石である。次章では周期 T→∞T\to\infty の極限をとり、離散的な振動数 nω0n\omega_0 が連続変数 ω\omega に化ける様子(すなわちフーリエ変換)を見る。

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