مواضيع المحاضرة: EVEN FUNCTION AND ODD FUNCTION
background image

Lecture No.2-11                                                                             by Hussein J. AbdulHussein 

Advanced Calculus II                                               Al Muthanna University, College of Science                  
 

 

EVEN FUNCTION AND ODD FUNCTION 

(a) Even Function  

A function

 f(x) is said to be even (or symmetric) function if , ,  f(−x) =   f(x) 

The  graph  of such  a function  is  symmetrical  with  respect  to y-axis

[f(x)axis ]  Here y – axis 

is  a mirror  for  the reflection  of the  curve 

The  area under such  a curve  from

 − π to  π  is double the  area  from 0 to π 

   

∴                 ∫

f (x)dx = 2 ∫ f (x)dx 

π

 0

 

π

 − π

 

A function is called odd (or skew symmetric) function if 

 

f(−x) =   −f(x) 

Here the area under the curve from

− π to  π is zero. 

∫ f (x)dx = 0 

π

 − π

 

Expansion of an even function 

                                 

a

0

=

1

π

f (x)dx =

2

π

∫ f (x)dx 

π

 0

 

π

 − π

 

a

n

=

1
π

f (x) cos nx dx =

2
π

∫ f (x) cos nx dx 

π

 0

 

π

 − π

 

As 

f(x)  and   cos nx are both even function, therefore, the product of f(x)   ∙ cos nx  is also an 

even function 

                                     

b

n

=

1

π

f (x) sin nx dx = 0 

π

 − π

 

   

As is an odd function so

 f(x) is also an odd function We need not to calculate b

n

 It saves our lab 

our a lot The series of the even function will contain only cosine terms  

 Expansion of an odd function: 

                                  

a

0

=

1

π

f (x)dx = 0 

π

 − π

 

  a

n

=

1
π

∫ f (x) cos nx dx = 0 

π

 − π

        [f(x) cos nx  is odd function ] 


background image

Lecture No.2-11                                                                             by Hussein J. AbdulHussein 

Advanced Calculus II                                               Al Muthanna University, College of Science                  
 

 

b

n

=

1

π

f (x) sin nx dx =

2

π

∫ f (x) sin nx dx 

π

 0

 

π

 − π

,

 [f(x) cos nx  is odd function ] 

The series of the odd function will contain only sine terms. The function shown below neither odd 
nor even so it contains both sine and cosine terms  Fourier Series 

Example   9.  Find the  Fourier  series  expansion  of the  periodic  function  of period 

2π 

f(x) = x

2

. −π ≤ x ≤ π 

Hence  find  the sum of the  series 

1

1

2

1

2

2

+

1

3

2

1

4

2

+ ⋯    

Solution                             

f(x) = x

2

. −π ≤ x ≤ π 

     This is  an even function 

   ∴ b

n

= 0 

a

0

=

2
π

∫ f (x)dx =

2
π

∫ x

2

dx =

2
π

[

x

3

3

]

0

π

π

 0

 

π

 0

=

2

3

 

a

n

=

2
π

∫ f (x) cos nx dx =

2
π

∫ x

2

cos nx dx

π

 0

 

π

 0

 

=

2
π

[x

2

[

sin nx

n

] − (2x) [−

cos nx

n

2

] + (2) [−

sin nx

n

3

]]

0

π

 

=

2
π

π

2

sin nπ

n

+

2π cos nπ

n

2

2 sin nπ

n

3

] =

4(−1)

n

n

2

 

Fourier Series is 

f(x) =

a

0

2

+ a

1

cos x + a

2

cos 2x + a

3

cos 3x + ⋯ + a

n

cos nx + ⋯ 

x

2

=

π

2

3

− 4 [

cos x 

1

2

cos 2

2

2

+

cos 3

3

2

cos 4

4

2

+ ⋯ ] 

On putting

  x = 0 .  we have 

0 =

π

2

3

− 4 [

1

1

2

1

2

2

+

1

3

2

1

4

2

+ ⋯ ]  

1

1

2

1

2

2

+

1

3

2

1

4

2

+ ⋯ =

π

2

3

                                                                 

 

 


background image

Lecture No.2-11                                                                             by Hussein J. AbdulHussein 

Advanced Calculus II                                               Al Muthanna University, College of Science                  
 

 

Example 10. Obtain a Fourier expression for  

f(x) = x

3

. −π < x < π 

Solution. 

f(x) = x

3

 is odd function 

 

∴    a

0

= 0  and   a

n

= 0  

 

 b

n

=

2
π

∫ f (x) sin nx dx =

2
π

∫ x

3

sin nx dx = [∫ uv = uv

1

− uv

2

+ u

′′

 v

3

− u

′′′ 

 v

4

+ ⋯

π

 0

 

π

 0

=

2
π

[x

3

[−

cos nx

n

] − 3x

2

[−

sin nx

n

2

] + 6x [

cos nx

n

3

] − 6 [−

sin nx

n

4

]] 

0

π

 

=

2
π

[−

π

3

cos nπ

n

+

π cos nπ

n

3

] = 2(−1)

n

[−

π

2

3

+

6

n

3

∴     x

3

= 2 [− [− 

π

2

1

+

6

1

3

 ] sin x + [−

π

2

2

+

6

2

3

] sin 2x − [−

π

2

3

+

6

3

3

] sin 3x + ⋯ ] 

Example 11. Expand the function

 f(x) = x sin x.  as a Fourier series in the interval−π ≤ x ≤ π 

Hence  deduce that   

1

1∙3

1

3∙5

+

1

5∙7

1

7∙9

+ ⋯ =

π−2

4

 

Solution. 

f(x) = x sin x. 

     

 

a

0

=

2
π

∫ f (x)dx =

2
π

∫ x sin x dx 

π

 0

 

π

 0

                (Here x sin x is  an  even function )    

=

2
π

[x(− cos x) − (1)(− sin x)]  

0

π

  =

2
π

(π) = 2 

  a

n

=

2
π

∫ f (x) cos nx dx =

2
π

∫ x sin x cos nx dx 

π

 0

 

π

 0

 

=

1
π

∫ x {sin(n + 1)x − sin(n − 1)x}  dx 

π

 0

 

=

1
π

∫ x sin(n + 1)xdx −

1
π

∫ x sin(n − 1)x dx

π

 0

  

π

 0

 


background image

Lecture No.2-11                                                                             by Hussein J. AbdulHussein 

Advanced Calculus II                                               Al Muthanna University, College of Science                  
 

 

=

1
π

  [x  (−

cos(n + 1)x

n + 1

)

0

π

− (1) {−

sin(n + 1)x

(n + 1)

2

}]

0

π

 

1
π

 [x  (−

cos(n − 1)x

n − 1

)

0

π

− (1) {−

sin(n − 1)x

(n − 1)

2

}]

0

π

 

=

1
π

[−π

(−1)

n+1

n + 1

+ 0] −

1
π

[−π

(−1)

n−1

n − 1

− 0] 

 

= −

(−1)

n+1

n + 1

+

(−1)

n−1

n − 1

= (−1)

n+1

 [

1

n + 1

+

1

n − 1

] =

2(−1)

n+1

n

2

− 1

 

a

1

=

2
π

∫ x sin xcos xdx

π

0

=

1
π

∫ x sin2x dx

π

0

 

=

1
π

[x (−

cos 2x

2

) − (1) (

− sin 2x

4

)]

0

π

= [−

π
2

] = −

1
2

 

b

n

= 0         [As x sin x sin nx is  an odd  function] 

Hence  

f(x) = 1 −

1
2

cos x + 2 ∑

(−1)

n+1

n

2

− 1

n=2

cos nx = 1 −

1
2

cos x + 2 ∑

(−1)

n+1

(n − 1)(n + 1)

n=2

cos nx 

x sin x = 1 + 2[−

1
4

cos x −

1

1 ∙ 3

cos 2x +

1

2 ∙ 4

cos 3x −

1

3 ∙ 5

cos 4x + ⋯] 

Putting   

x =

π

2  

.  we get                                      

π

2  

= 1 + 2 {

1

1∙3

1

3∙5

+

1

5∙7

− ⋯ } 

or 

π
4

=

1
2

+

1

1 ∙ 3

1

3 ∙ 5

+

1

5 ∙ 7

− ⋯             ⇒         

π
4

1
2

+

1

1 ∙ 3

1

3 ∙ 5

+

1

5 ∙ 7

−    ⋯ 

 

π − 2

4

=

1

1 ∙ 3

1

3 ∙ 5

+

1

5 ∙ 7

− ⋯                              

 

 


background image

Lecture No.2-11                                                                             by Hussein J. AbdulHussein 

Advanced Calculus II                                               Al Muthanna University, College of Science                  
 

 

Example   12. Find the Fourier Series expansion for the function 

f(x) = x cos x. −π < x < π                                                       

Solution Since

 x cos x. is an odd function therefore,  a

0

= a

n

= 0 

Let 

  x cos x = ∑ b

n

  sin bx .  where 

b

n

=

2
π

∫ x cos x sin  nx dx

π

0

=

1
π

∫ x {sin(n + 1) x + sin(n − 1)x} dx

π

0

 

=

1
π

∫ x  sin  (n + 1)x dx

π

0

+

1
π

∫ x + sin(n − 1)x dx

π

0

 

=

1
π

  [x  (−

cos(n + 1)x

n + 1

) +

sin(n + 1)x

(n + 1)

2

]

0

π

+

1
π

[x  (−x

cos(n − 1)x

n − 1

) +

sin(n − 1)x

(n − 1)

2

]

0

π

 

=

1
π

[π  {

cos(n + 1)π

n + 1

cos(n − 1)π

n − 1

}] 

 

 ⇒    b

n

= {−

(−1)

n+1

n + 1

+

(−1)

n−1

n − 1

} . n ≠ 1 

b

n

= −(−1)

n+1

[

1

n + 1

+

1

n − 1

= − {

1

n + 1

+

1

n − 1

} =

−2n

n

2

− 1

  .   If n is odd; n ≠ 1 

But b

n

= {

1

n + 1

+

1

n − 1

} =

2n

n

2

− 1

  .   If n is  even ; n ≠ 1 

If  n = 1. then   b

1

=

2
π

∫ x cos x sin  nx dx

π

0

=

1
π

∫ x sin 2x dx

π

0

   

∴ cos x = b

1

sin x + b

2

sin 2x + b

3

sin x + ⋯ 

= −

1
2

sin x +

4 sin 2x

2

2

− 1

6 sin 3x

3

2

− 1

+ ⋯        




رفعت المحاضرة من قبل: Cruz Maldanado
المشاهدات: لقد قام عضو واحد فقط و 248 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل