deret fourier [compatibility mode]
TRANSCRIPT
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
1/58
DERETDERET FOURIERFOURIER
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
2/58
PENDAHULUAN
Dalam bab ini akan dibahas pernyataan deret dari suatu fungsiperiodik. Jenis fungsi ini menarik karena sering muncul dalam
berbagai persoalan fisika, seperti getaran mekanik, arus listrikbolak-balik (AC), gelombang bunyi, gelombang Elektromagnet,hantaran panas, dsb.
Sama halnya seperti pada uraian deret Taylor, fungsi-fungsiper o yang rum apa ana s s secara se er ana engancara menguraikannya ke dalam suatu deret fungsi periodiksederhana yang dibangun oleh fungsi sin x dan cos x ataufungsi eksponensial eix. Uraian deret fungsi periodik ini disebuturaian deret Fourier. Penamaan ini untuk menghargai jasa
matematikawan Perancis Joseph Fourier, yang pertama kalimerumuskan deret ini dalam sebuah makalah mengenaihantaran panas, yang dilaporkannya kepada akademi ilmupengetahuan Perancis pada tahun 1807.
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
3/58
FUNGSI PERIODIK
Definisi 1:Sebuah fungsi f(x) dikatakan periodic dengan periode T > 0, jika
berlaku:f(x + T) = f(x)untuk samua x.
catatan:Jika T adalah periode terkecil, maka T disebut periode dasar, danselang a < x < a + T , dimana a sebuah konstanta, disebutselang dasar fungsi periodik f(x). Untuk selanjutnya sebutanperiode dimaksudkan bagi periode dasar ini.
Konstanta a pada selang dasar dapat dipilih sembarang, berharganol atau negatif. Pilihan a = - T/2 sering digunakan untukmemberikan selang dasar yang simetris terhadap x = 0, yakniselang T/2 < x < T/2.
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
4/58
Contoh fungsi periodik yang paling sederhana adalah fungsi sin xdan cos x, karena:
sin (x 2) = s i n x dan cos (x 2) = c o s x
Yang menunjukkan bahwa keduanya memiliki periode T = 2.Dalam hal ini x adalah variabel sudut dengan satuan radian atauderajad. Bila x bukan merupakan variabel sudut, maka x harus
, .
Jadi satuan p adalah:
Misalkan x berdimensi panjang, dengan satuan meter (m), makasatuan p = rad/m. Dengan demikian pernyataan fungsi Sin danCos yang bersangkutan menjadi:sin x sin px ; cos x cos px
][
][][
xSatuan
radianpsatuan =
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
5/58
Jadi translasi sudut sebesar satu periode T = 2 dapat dialihkan
ke translasi variabel x sejauh + T, dengan syarat:
)(2 Txppx =
Hubungan ini mengaitkan p dengan T melalui hubungan:
Tp
2=
Dengan pernyataan faktor alih ini, sifat periodik fungsi sin px dancos px diberikan oleh hubungan:
)(coscos);(sinsin TxppxTxppx ==
Yang memperlihatkan bahwa sin px dan cos px adalah periodikdengan periode T. Khusus dalam hal T = 2, maka p = 1.
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
6/58
Salah satu contoh sederhana benda bermassa m yangdigantungkan pada ujung sebuah pegas dengan tetapan pegas k.
k
titik kesetimbangan
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
7/58
Jika benda ditarik sejauh A dari kedudukan setimbangnya, kemudiandilepaskan, benda tersebut akan bergerak secara harmoniksederhana akibat adanya gaya pemulih yang arahnya selaluberlawanan dengan arah simpangan benda. Simpangan vertikalbenda y(t) setiap saat t berubah-ubah dari kedudukansetimbangnya, menurut persamaan:
-
sudut getaran, sedangkan adalah fase getaran, dengan 0 sebagaifase awalnya, yang berdimensi sudut.Jika T adalah periode atau waktu getar (waktu yang diperlukanbenda untuk melakukan satu kali getaran) yang diukur dalam satuan
detik, maka , bersatuan (rad/s). Dengan demikian merupakanfaktor alih (p) yang membuat t berdimensi sudut.
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
8/58
DERET FOURIERAndaikan f(x) adalah sebuah fungsi periodik dengan periode T yangterdefinisikan dalam selang dasar a < x < a + T, yakni f(x) = f (x + T),maka fungsi f(x) dapat diuraikan dalam deret Fourier sebagai berikut:
Dengan koefisien-koefisien a0, an, dan bn yang disebutsebagai koefisien-koefisien Fourier, ditentukan oleh fungsi f(x)melalui hubungan integaral:
+
+
+
=
=
=
Ta
a
n
Ta
a
n
Ta
a
dx
L
xnxf
L
b
dxL
xn
xfLa
dxxfL
a
sin)(1
cos)(
1
)(10
dengan T = periode dan
L = T
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
9/58
Contoh 1.
Diketahui fungsi f(x) sebagai berikut:
=
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
10/58
Pemecahan:
Menurut definisi fungsi periodik, periode fungsi f(x) di atas adalah T
= 2, dengan demikian L = T = , selang dasarnya < x < ,jadi a = - . Di luar selang ini, f(x) didefinisikan sebagai perluasanselang dasar ke arah kiri dan kanan sumbu x, seperti terlihat padaGambar 1.
-5 -4
f(x)
-3 -2 - 2 3 4 5
x
Gambar 1
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
11/58
Koefisien-koefisien Fourier dapat dicari sebagai berikut:
+
====
+===
0 0
0
0
0
0
1)(11
)0()1(1
)(1
)(1
xdxa
dxdxdxxfdxxfL
a
Ta
a
( ) 0sin0sin1
sin11
.cos
1
cos)0(.cos).1(
1
cos)(1cos)(1
0
0
0
0
=+=
=
=
+=
==
+
n
n
nx
n
a
dxnxnxdxdxnxa
dxL
xnxfdxL
xnxfL
a
n
n
a
a
n
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
12/58
( )
{ ganjilnn genapnn
nn
n
Ta
a
n
b
nn
nnx
nb
dxnxnxdxdxnxb
dxL
xnxfdx
L
xnxf
Lb
,/2
.,0
0
0
0
0
))1(1(1
)cos(0cos1
cos11
.sin1
sin)0(.sin).1(1
sin)(1
sin)(1
+
=
==
=
=
+=
==
Dengan demikian, uraian Fourier untuk fungsi f(x) pada contoh ini adalah:
+++=
+=
+=
=
++=
=
=
L
L
xxxxf
xxxxf
xn
nxf
aL
xnb
L
xna
axf
ganjiln
n
n
nn
5sin5
13sin3
1sin
2
2
1)(
5sin5
13sin
3
1sin
2
2
1)(
sin2
2
1)(
0,sincos2
)(
1
1
0
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
13/58
Contoh 2.Diketahui fungsi f(x) sebagai berikut:
10,1
)(
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
14/58
Pemecahan:
Periode T = 2, sehingga L = T = 1. selang dasarnya 0 < x < 2, jadi a = 0.
f(x)
Perluasan f(x) dalam daerah kiri dan kanan sumbu x dapat dilihatdalam Gambar 2.
-5 -4 -3 -2 -1 2 3 4 51x
Gambar 2
0-6 6
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
15/58
===
+===
+
1
0
1
00
2
1
1
0
2
0
0
1)(
)0()1(1)(1
1)(
1
xdxa
dxdxdxxfdxxfL
a
Ta
a
Koefisien-koefisien Fouriernya dapat dicari sebagai berikut:
( ) ( ) 00sinsin1
sin1
.coscos)0(.cos).1(
1cos)(
11cos)(1
1
0
1
0
2
1
1
0
2
0
===
=
+=
==
+
nn
nxn
a
dxxnxdxndxxna
dxxnxfdxL
xnxfL
a
n
n
Ta
a
n
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
16/58
( ) ( )
=
===
=
+=
==
+
ganjilnn
n
n
n
n
Ta
a
n
b
nnnxnnb
dxxnnxdxdxnxb
dxxn
xfdxL
xnxf
Lb
,2
1
0
1
0
2
1
1
0
2
0
)1)1((1
0coscos1
cos1
.sinsin)0(.sin).1(
1sin)(
1
1sin)(
1
.,
Dengan demikian, uraian Fourier untuk fungsi f(x) pada contoh ini adalah:
++++=
++++=
+=
=
L
L
xxxxf
xxxxf
xnn
axf
ganjiln
5sin5
1
3sin3
1
sin
2
2
1
)(
5sin5
23sin
3
2sin
2
2
1)(
sin2
2)(
1
0
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
17/58
SYARAT DIRICHLET Persyaratan sebuah fungsi f(x) agar dapat diuraikan
dalam deret Forier ditentukan oleh syarat Dirichlet
berikut:Jika:1. f(x) periodik dengan periode T
.
selang dasarnya; a < x < a + T, dan3. nilainya berhingga.
Maka deret Fourier di ruas kanan konvergen ke nilai,a. f(x) di semua titik kekontinuan f(x) dan
b. di setiap titik ketakkontinuan x0 (padadaerah lompatan).
+Ta
a
dxxf )(
{ })(lim)(lim2
100 +
+ xfxf
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
18/58
Soal
Pada contoh 2 di atas (Perhatikan Gambar 2!); Tentukanlah konvergen
ke nilai berapa deret Fourier di titik-titik kekontinuan
2
5,
4
3,
2
3,
2
1 =x
dan di titik-titik ketakkontinuan x = 0, 1, 2, 3.
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
19/58
FUNGSI GANJIL DAN FUNGSI GENAPFUNGSI GANJIL DAN FUNGSI GENAP
Perhitungan koefisien-koefisien Fourier sering kali dipermudah,jika fungsi f(x) yang diuraikan memiliki sifat istimewa tertentu,yakni genap atau ganjil terhadap sumbu x = 0 (sumbu f(x)).
Keduanya didefinisikan sebagai berikut:
Definisi 2.
Sebuah fungsi f(x) adalah:genap, jika berlaku f(-x) = f(x)ganjil, jika berlaku f(-x) = - f(x)
untuk semua x dalam daerah definisi f(x).
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
20/58
Contoh
Fungsi x2
dan cos x adalah fungsi genap, karena (-x)2
= x2
dan cos (-x) = cos x. Sedangkan fungsi x dan sin x adalahfungsi ganjil, karena (-x) = -(x) dan sin (-x) = - sin (x). Padaumumnya fungsi pangkat genap dari x (x2, x4, x6 , . . .)merupa an ungs genap an ungs pang a gan ar x x,
x3, x5, . . .) merupakan fungsi ganjil. Dengan definisi di atasdapat dicari contoh-contoh lain dari kedua fungsi ini.
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
21/58
=
L
dxxfL
a
0
0 )(2
Untuk menentukan koefisien-koefisien Fourier a0, an, dan bn darifungsi periodik genap dan ganjil ini dipergunakan perumusanberikut:
=
=
n
L
n
b
dxL
xnxf
Lagenapx Ji a
0
0
cos)(2:)(
Dalam hal ini dikatakan f(x) teruraikan dalam deret kosinus (karenabn = 0).
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
22/58
=
=
0
0
2
0
:)( n
L
a
a
xn
ganjilxfJika
= s n
0
n x
L
x
L
Dalam hal ini, f(x) dikatakan teruraikan dalam deret sinus (karenaan = 0).
Seperti sebelumnyaL = T = periode
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
23/58
Contoh 3.
Diketahi fungsi:
2
1
2
1,)(
2
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
24/58
Pemecahan
Fungsi f(x) = x2 adalah suatu fungsi genapT = 1, sehingga L = T = , akan teruraikan dalam deret kosinus.bn = 0 , a0 dan an dapat ditentukan sebagai berikut:
=
=
=
==
L
xdxxdxxfL
a0
2/1
0
2/1
0
32
06
1
8
1
3
4
3
14
2
1
2)(
2
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
25/58
=
==
2/1
2/1
0
2
0
2/1
0
2
2cos4
cos
2
1
2cos)(2
xdxnxa
dxL
xnxdxL
xnxfL
a
n
L
n
=
=
+=
22
2
022
)1(1
cos)2(
14
2sin)2(
2cos)2(
22cos2
4
na
nn
a
xnn
xnn
xxnn
xa
n
n
n
n
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
26/58
Dengan demikian pernyataan deret Fourier untuk fungsi f(x) = x2dengan selang dasar - < x < adalah:
+=
=+=
=
=
122
1
0
2cos)1(1
12
1)(
0,
2/1
cos
2
)(
xnn
xf
bxn
aa
xf
n
n
n
n
n
+++=
+=
L
L
2222
2222
3
6cos
2
4cos
1
2cos
1
12
1)(
3
6cos
2
4cos
1
2cos
1
12
1)(
xxxxf
xxxxf
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
27/58
Latihan
Diketahui fungsi:
;)(
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
28/58
Dalam suatu persoalan fisika, fungsi f(x) mungkin hanyaterdefinisikan dalam suatu selang positif; 0 < x < l. Oleh karenaitu seringkali perlu untuk memperluasnya ke seluruh sunbu x,baik ke arah sumbu x positif maupun ke arah sumbu x negatif.Dalam hal ini ada 3 pilihan yang dapat dilakukan sebagai berikut:
1) Fungsi f(x) diperluas menjadi fungsi periodik tidak ganjil tidak
DERETDERET FOURIER JANGKAUAFOURIER JANGKAUANN SETENGAHSETENGAH
genap (seperti pada contoh 1) dengan periode T = l; dan selangdasarnya 0 < x < l, dengan lsembarang positif.
2) Selang dasar 0 < x < ldiperluas ke selang negatif secara simetristerhadap sumbu x = 0 menjadi l < x < l , dan fungsi f(x)diperluas menjadi fungsi periodik dengan periode T = 2l.
Dalam hal ini kita mempunyai dua pilihan yakni memperluasfungsi f(x) sebagai fungsi genap fc(x) atau fungsi ganjil fs(x).
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
29/58
=
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
30/58
Pemecahan:
(a) Pernyataan fungsi dalam deret Fourier kosinus(fungsi genap)
Untuk membentuk fungsi genap, maka selang dasar (0 < x < 2) di atas
diperluas ke selang negatif menjadi (-2 < x < 2), dan fungsi f(x) diperluasmenjadi fungsi periodik genap {f(-x) = f(x)} dengan periodeT = 4 (L = 2) seperti ditunjukkan pada gambar berikut:
fc(x)
x64321 5-1-2-4-5-6 -3 0
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
31/58
Untuk fungsi genap ini bn = 0, a0 = dan an ditentukan sebagai berikut:
xn
n
xn
n
xn
nxa
dxxn
dxxn
dxxn
xdxL
xnxf
La
xxdxxdxdxxfL
a
n
L
n
L
n
2sin
2
2cos
)(
4
2sin
2
2cos)1(
2cos)1(
2cos
2
2cos)(
2
23
21)1(
22)(2
2
1
1
0
2
2
1
2
1
1
00
2
1
1
0
2
2
1
1
00
+
+=
++==
=
+=
+==
dstaaaa
n
an
,0,9
4,
2,
4
1
2
cos
)(
1232221
2
====
=
Maka diperoleh uraian deret Forier kosinus untuk f(x), sebagai berikut:
+++=
=+=
=
L
2
3cos
9
1
2
2cos
2
1
2
cos
1
14
4
3)(
0,cos2
)(
2
1
0
xxxxf
bL
xna
axf
n
nn
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
32/58
(b) Pernyataan fungsi dalam deret Fourier sinus(fungsi ganjil)
Untuk membentuk fungsi ganjil, maka selang dasar (0 < x < 2)
di atas diperluas ke selang negatif menjadi (-2 < x < 2), dan fungsi f(x)diperluas menjadi fungsi periodik ganjil {f(-x) = -f(x)} denganperiode T = 4 ( L = 2) seperti ditunjukkan pada gambar berikut:
1 2
f(x)
3 4 5 6-6 -5 -4 -3 -2 -1 0
x
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
33/58
nn
xn
nb
xn
n
xn
n
xn
n
xb
dxxn
dxxn
xdxL
xnxf
Lb
n
n
L
n
cos2
2sin
)(
4
2
cos2
2
cos
)(
4
2
cos2
2sin)1(
2sin
2
2sin)(
2
2
2
1
1
0
2
2
1
1
00
=
+
+=
+==
Untuk fungsi ganjil ini a0 = 0, an = 0, dan bn ditentukan sebagai berikut:
dstbbbb ,2
1
,9
64
,
1
,
24223221
=
+==
+=
+
+
+=
===
L
2
3sin
9
64
2
2sin
1
2sin
24)(
0,0,sin)(
22
0
1
xxxxf
aaL
xnbxf n
n
n
Maka diperoleh uraian deret Fourier sinus untuk f(x), sebagai berikut:
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
34/58
(c) Pernyataan fungsi dalam deret Fourier sinus-cosinus(fungsi tidak ganjil-tidak genap)
untuk membentuk fungsi periodik ini, tinggal memperluas f(x) ke kiri
dan ke kanan sumbu xdengan periode T=2 (L=1)seperti pada gambar berikut :
1 2 3 4 5-1-2-3-4-5-6 0
1
x
f(x)
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
35/58
Koefisien-koefisien Fourier ao, an, dan bn dapat ditentukan sebagaiberikut :
xdxndxxnxdxxn
xfa
xxdxdxxdxxfLa
T
n
T
o
cos)1(cos1
cos)(1
2
3
2
1
)1(1
1
)(
1
21
2
1
1
0
2
2
1
1
00
+==
=+=
+==
( )
( )( )
( )
genapn
ganjilnnn
nn
xnn
xnn
xnn
x
n
,0
,2111
1cos1
sin1
cos1
sin1
22222
2
1
1
02
100
=
=
==
+
+=
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
36/58
( )
nn
xn
n
xn
n
xn
n
x
xdxndxxnxdxxnxfL
b
T
n
2cos1
cos1
sin1
cos1
sin)1(sin11sin)(1
2
1
1
02
2
1
1
00
=
+
+=
+==
n=
Sehingga pernyataan deret Fouriernya adalah :
=
=
++=
1122
sin1)cos2(43)(
nganjiln
xnn
xnn
xf
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
37/58
DERET FOURIER EKSPONENSIALDERET FOURIER EKSPONENSIAL
Pernyataan deret Fourier suatu fungsi periodik dapat puladibangun dari fungsi eksponensial, dengan menggunakan
hubungan Euler sbb :
2==
xnxnL
xni
,
LL
dengan menyisipkan :
2cos
L
xni
L
xni
ee
L
xn
+=
i
ee
L
xn Lxn
iL
xni
2sin
=dan
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
38/58
ke dalam pernyataan deret Fourier dari suatu fungsi periodik,sbb :
)sincos(
2
)(
1
0
L
xnb
L
xna
axf
n
nn
=
++=
didapat :
xnxnxnxn
=
=
+
++=
11
0
222)(
n
Li
Li
n
n
Li
Li
nieebeeaaxf
( ) ( ) ( ) Lxn
i
n
nnL
xni
n
nn eiba
eibaa
xf
=
=
+
+
+=
11
0
222
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
39/58
( ) ( ) ( ) Lxn
i
n
nnL
xn
i
n
nn eibaeibaaxf
=
=
+++=
1
1
0
222
Indeks jumlah n pada deret ke dua telah dinamakan ulangdengan n. Jika didefinisikan :
( )
>
==
0,2/
0,2/
,
0
niba
naC
nn
nn
n
maka didapat pernyataan fungsi periodik dalam deret Fouriereksponensial sbb :
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
40/58
( )
=
=
n
Lxni
n eCxf
Koefisien Cn dapat dicari dengan persamaan integral berikut :
( )+
=
Ta
dxxfC1
0
a
dan
( ) dxexfTCL
xni
Ta
a
n
+
=1
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
41/58
Contoh 7
Tentukan pernyataan Fourier Eksponensial dari fungsi periodikpada contoh 1 !
Pemecahan :
Fungsi periodik pada contoh 1 adalah :
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
42/58
Koefisien-koefisien Fourier eksponensial ditentukan sebagai berikut :
====
+===
+
Ta
a
o
xdx
dxdxdxxfdxxfT
C
00
0
0
2
1
22
1
2
1
)0()1(2
1)(
2
1)(
1
( )
=
=
==
+==
ganjilnn
i
genapn
inxinx
a
L
n
nn
ein
dxe
dxedxedxexfTC
,
,0
00
0
cos12
11
2
1
2
1
)0()1(2)(
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
43/58
=
=
11111
)(
5335
10
10
ixixixixixix
n
inxn
i
eCxf
Maka diperoleh uraian deret Fourier eksponensial sebagaiberikut :
= ...
5335
...
2
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
44/58
( ) ( ) ( )
( )
+
+
+
=
++++=
..........5
1
3
11
2
1
..........5
1
3
1
2
1)(
5533
5533
i
ee
i
ee
i
ee
eeeeeei
xf
ixixixixixix
ixixixixixix
Untuk membandingkan hasil ini dengan hasil yang diperoleh
pada Contoh 1, maka kita gunakan kembali hubungan Euler diatas :
+++=
+++=
..........5
5sin
3
3sin
1
sin2
2
1
..........5
5sin23
3sin21
sin2121
xxx
xxx
Persis sama seperti hasil pada contoh 1.
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
45/58
IDENTITAS PARSEVALIDENTITAS PARSEVAL
Sekarang akan dicari bagaimana hubungan antara harga rata-ratakuadrat fungsi f(x) dalam selang dasarnya dengan koefisien-koefisien Fourier. Hasilnya dikenal sebagai identitas Parseval
atau hubungan kelengkapan (Completeness Relation) yangbentuknya bergantung pada rumusan pernyataan deret Fourieryang digunakan.
==
++=
10
1
10
1
sincos2
)(n
n
n
no
L
xnb
L
xna
axf
Untuk deret Fourier yang diuraikan dalam bentuk :
Jika fungsi pada ruas kiri dan ruas kanan dikuadratkan, makaakan diperoleh :
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
46/58
2
11
2
2 sincos2
)(
++
=
=
= n
n
n
no
Lxnb
Lxnaaxf
=
=
+++
=
1 1
2
2sinsinsincos2coscos
2
)(
n m
mnmnmno
L
xm
L
xnbb
L
xm
L
xnba
L
xm
L
xnaa
axf
Kemudian jika dicari rata-rata kuadrat pada selang dasarnya,dengan cara mengintegrasi ruas kiri dan kanan, maka didapat :
=
=
+
=
=
+
=
=
+++
+
+
+
=
1 1
1 1
1 1
2
2
sinsin1
sincos21
coscos12
1)(1
n m
Ta
a
mn
n m
Ta
a
mn
n m
Ta
a
mn
Ta
a
o
Ta
a
L
xm
L
xnbb
T
L
xm
L
xnba
T
Lxm
Lxnaa
Tdxa
Tdxxf
T
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
47/58
atau
( ) ( )
=
=
=
=
=
=
+
++
+
=
1 1
2
1 11 1
22
02
2
1
01
2
1
2
1)(
1
n m
mnmn
n mn m
mnmn
Ta
a
TbbT
T
Taa
TT
a
Tdxxf
T
maka bentuk hubungannya adalah sebagai berikut :
++
=
=
+
2
1
22
2
2
1
2)(
1n
n
no
Ta
a
baa
dxxfT
Ruas kiri adalah harga rata-rata kuadrat fungsi f(x) dalamselang dasarnya a < x < a + T , sedangkan ruas kanan adalahjumlah kuadrat semua koefisien Fourier.
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
48/58
Untuk uraian deret Fourier eksponensial,
=
=
n
L
xin
neCxf
)(
maka bentuk hubungannya adalah sebagai berikut :
+Ta221
=
=
n
n
a
Cdxx
T
)(
Secara fisis, jika f(x) merupakan fungsi periodik dari suatu besaranfisika, misalnya simpangan getaran mekanik (system pegas), maka
untuk x = tadalah variabel waktu, maka pernyataan :
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
49/58
Menyatakan daya rata-rata (Joule/s) dari getaran tersebutdalam suatu periode T. Dengan demikian identitas Paseval,
=
2
2
2)(
1T
T
dttfT
p
-
amplitudo setiap harmonik penyusun periodik.Secara matematik, ruas kiri dari identitas Parseval memberikanjumlah deret bilangan diruas kanannya, seperti pada contohberikut :
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
50/58
Contoh 8
Gunakan identitas Paseval untuk mencari jumlah deret bilanganyang bersangkutan dengan uraian deret Fourier dari fungsi f(x)pada contoh 4.
Pemecahan
2
1
2
1
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
51/58
( ) 0........,3,2,111,61
22==
== n
n
no bnn
aa
Harga rata-rata kuadrat dari f(x) = x2ditentukan sebagai berikut :
1111112
1
2
1
542
1
22
8032325512
121
21
Menurut identitas Paseval, nilai rata-rata kuadrat ini sama dengan
++
=
)(2
1
2
2
1
22
n
n
no ba
a
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
52/58
sehingga :
( )
,11
2
1
144
1
80
1
11
2
1
12
1
80
1
1
44
1
2
2
42
2
2
+=
+
=
=
=
n
n
ataun
n
180144802 1 44==
=n n
Sehingga :
=
==
1
44
490180
21
n n
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
53/58
atau
90
.....
4
1
3
1
2
11
4
444
=++++
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
54/58
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
55/58
Pemecahan
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
56/58
2
1
2
1
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
57/58
++
=
)(2
1
2
210
1
22
n
n
n
o baa
( )11111 102
422
=
Menurut identitas Paseval, nilai rata rata kuadrat ini sama dengan
sehingga :
1801
1441
8011
21
,11
2
1
144
1
80
1
21280
10
144
10
144
122
==
+=
=
=
=
n
n
n
n
ataun
n
Sehingga :
-
8/3/2019 DERET FOURIER [Compatibility Mode]
58/58
=
==
r
n n1
44
4 90180
21
4
Sehingga :
atau
904321
444
=+++
Sambung Hal. 19 (Contoh 9)