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series de fourier exercices corrigés

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Exercice 1 

a) Du développement en série de Fourier \(  f\left( x\right) =x  \) de sur \(   \left[ -\pi ,\pi \right]  \) déduire la somme de la série \(  \sum ^{+\infty }_{k=0}\dfrac{\left( -1\right) ^{k}}{2k+1}    \) . 

a) Du développement en série de Fourier de  \(  f\left( x\right) =e^{x} \) , déduire la somme \(   \sum ^{\infty }_{p=0}\dfrac{\left( -1\right) ^{p}}{p^{2}+1} \) 

Exercice 2 

Développer en série de Fourier la fonction défini par :

 \(  f\left( x\right) =\max \left( \sin x,0\right)   \) . 

Exercice 3 

Développer en série de Fourier la fonction \(   f \)  \(  2\pi   \) périodique définie sur \(  \left[ -\pi _{1}\pi \right]   \) par :

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Déduire la valeur de \( \sum ^{\infty }_{n=0}\dfrac{1-\cos \left( \dfrac{n}{2}\right) }{n^{2}} \) 

Exercice 4 

On considère la fonction f de période \(   2\pi  \)  définie sur \( \left[ -\pi ,\pi \right]    \)  par : 

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Montre que f est développables en série de Fourier et déterminer cette série  

Exercice 5 

Déterminer les séries de Fourier associées aux fonctions suivantes et étudier leur convergence 

1) \(  f:x\rightarrow x-E\left( x\right) \)  

2)   \( g:\mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R} ,2\pi   \)périodique et telle que  \( \forall x\in [ -\pi ,\pi [ ,g\left( x\right) =x \)   

3)   \(h:\mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R} ,1-  \)périodique et telle que  \(  \forall x\in \left[ -1,1\right] ,h\left( x\right) =x^{2} \)  

4)   \( k:\mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R} ,2l \)  périodique et telle que : 

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Exercice 6 

On désigne par f la fonction \( 2\pi  \)-périodique impaire définie par :  
Séries de Fourier exercices corrigés
Déterminer la série de Fourier qui lui est associée et préciser sa convergence     
En déduire \(  \dfrac{\pi }{4} \) comme somme d'une série 

Exercice 7 
Déterminer la série de Fourier associée à la fonction, \(f:\mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}   \)  \(  x\rightarrow \arcsin \left( mx\right)  \)   

Exercice 8 

Montrer que pour x apparteneant à \( \mathbb{R}  \), 
\( \left| \sin x\right| =\dfrac{8}{\pi }\sum ^{\infty }_{k=1}\dfrac{\sin ^{2}\left( kx\right) }{4k^{2}-1} \)        

Exercice 9 

Montrer que la fonction \( 2\pi  \)périodique, paire définie sur \( \left[ 0,\pi \right]  \) par \( f\left( x\right) =\pi -2x \) est développable en serie de Fourier En déduire la somme \( \sum _{k\geq 0}\dfrac{1}{\left( 2k+1\right) ^{2}} \)       
Exercice 10  
Soit f la fonction impaire sur \( \mathbb{R} ^{\ast } \) de période 2 définie sur \( \left[ 0,1\right]  \) par :  
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a) Développer en série de Fourier 
b) Comparer f et sa série de Fourier      

Exercice 11   


On considère la fonction f paire, \(  2\pi   \)périodique définie par ,  \(  f\left( x\right) =1-\dfrac{2x}{\pi }  \) si  \(   2\pi  \) 
1) Déterminer la série de Fourier associée à f  
2) Montrer que f est développable en série de Fourier et que cette série converge sur  \(  \mathbb{R}   \) 
3) En déduire :  \(   \sum ^{+\infty }_{k=0}\dfrac{1}{\left( 2k+1\right) ^{2}} \) et   \(  \sum ^{+\infty }_{n=1}\dfrac{1}{n^{2}}  \) 

Exercice 12 


On considère la fonction impaire ,  \(   2\pi  \)-périodique définie par : 

 \( f\left( x\right) =x\left( 1-x\right)    \) si  \(  x\in \left[ 0,1\right]   \) 
1) Déterminer la série de Fourier associée  
2) Montrer que cette série converge sur  \( \mathbb{R}    \) 
3) Montrer que f est développable en série de Fourier  
4) En déduire la suite  \(  \alpha _{n}  \) telle que  \( 1-2x=\sum \alpha _{n}\cos \left( n\pi x\right)    \) , pour tout  \(  x\in \left[ 0,1\right]   \) 
5) Trouver les valeurs des deux séries suivantes  \(   \sum ^{+\infty }_{n=1}\dfrac{\left( -1\right) ^{k}}{\left( 212+1\right) ^{3}} \) et  \( \sum ^{+\infty }_{k=0}\dfrac{1}{\left( 2k+1\right) ^{2}}  \)
6) En utilisant la question 3 déduire le développement en série de Fourier de la fonction g ,  \(   2\pi  \)- périodique, impaire définie par :  \( g\left( x\right) =x\left( \pi -x\right)    \) si  \(  x\in \left[ 0,\pi \right]  \)  

Exercice 13 


Soit t un réel  \(  0 <t <1  \) et soit f la fonction,  \(  2\pi   \)-périodique définie dans   \(   [ -\pi _{1}\pi [  \) par  \( f\left( x\right) =\cos \left( tx\right)    \)  
a) Montrer que f est développable en série de Fourier 
b) Ecrire  \(  f\left( \pi \right)   \) et déduire que   \(  \sum ^{+\infty }_{n=1}=\dfrac{2t^{2}}{n^{2}-t^{2}}=1-\dfrac{\pi t}{tg\left( \pi t\right) }  \)   

Exercice 14 


Soient f et g les fonctions,  \(  2\pi   \)_périodique définies sur  \(  \left[ 0,\pi \right]   \) par : 

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avec f est paire et g impaire sur  \(   \mathbb{R} ^{\ast } \) 
1) 
a) Calculer les coefficients de Fourier  de f 
b) Montrer que f est développable en série de Fourier  
c) Montrer que la série de Fourier , associé à f converge sur  \(   \mathbb{R}  \)  
2) 
a) Calculer les coefficients de Fourier de g  
b) g est elle développable en série de Fourier 
3) 
Soit h la fonction  \(   2\pi  \) - périodique, définie sur  \(  [ -\pi ,\pi [   \) par : 
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a) Montrer que  \(   \forall x\in \mathbb{R} ,f\left( x\right) +g\left( x\right) =h\left( x\right)  \) 
b) En déduire les coefficients de Fourier de h 
c) h est-elle développable en série de Fourier

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