deret fourier [compatibility mode]

Upload: widyaiswari

Post on 06-Apr-2018

261 views

Category:

Documents


2 download

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)