无穷级数 · 求函数 $f(x) = x$ 在区间 $[-\pi, \pi

第11章 无穷级数 | 题库题号 12-22(可溯源)| 一题一图组 · 按题型取式 | 师生双视图同源
载体:自绘 SVG·零外链·数据不出本地
题 干
求函数 $f(x) = x$ 在区间 $[-\pi, \pi]$ 上的傅里叶级数。
还原图过程图雷区图认知层级图
图一还原图先把「有什么」摆出来
已 知f(x) = x区间 [−π, π]所 求求傅里叶级数缺口需架桥
奇函数 ⇒ 只含正弦项,$a_n=0$。
教师点题:先判奇偶,再定算哪组系数。
学生写出 $b_n=\frac2\pi\int_0^\pi x\sin(nx)\,dx$。
图二过程图标准解答逐步(题库真题自带)
标准解答(题库真题自带,逐步可核验)
  1. 由于 $f(x)=x$ 是奇函数,$a_n=0$。
  2. $b_n = \frac{2}{\pi} \int_0^\pi x \sin(nx) dx = \frac{2}{\pi} \left[ -\frac{x \cos(nx)}{n} + \frac{\sin(nx)}{n^2} \right]_0^\pi = \frac{2}{\pi} \cdot \frac{(-1)^{n+1} \pi}{n} = \frac{2(-1)^{n+1}}{n}$。
  3. 所以傅里叶级数为 $2\sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n+1}}{n} \sin(nx)$。
标准解答(题库真题自带):分部积分 ⇒ $b_n=\frac{2(-1)^{n+1}}{n}$ ⇒ $2\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n+1}}{n}\sin(nx)$。
教师强调 $\cos n\pi=(-1)^n$。
学生复算 $b_n$。
图三雷区图错在哪一步(真实数据接入位)
雷区数据接入位 本图用于把「最易错处」钉在图上的具体位置;错误率来自题库作答聚合(脱敏·按知识点「傅里叶级数」)。
本知识点真实错误率:数据接入后显示(暂无则不显示,绝不编造)。
雷区图把「最容易错的地方」钉在具体位置;错误率数据接入后显示。
教师只点典型错误、不点名。
学生对照自查:这几个位置我有没有踩坑?
图四认知层级图本题落在 Bloom 哪一层
认知层级(Bloom):本题在主序列中的位置记忆理解应用分析●评价创造绿=本题涉及;灰=本题不涉及(层级递进,但不要求每题都到顶)
本题涉及的认知层级(绿)——级别递进,但不要求每题都到顶。
教师据此定课堂标高:只到「应用」的题,不拔到「评价」。
学生知道要练到哪一层:会算 ≠ 会用。
🎯 同型题 · 同考场(Ch7 傅里叶级数 · 题库真题 21 道,取 3 道 · 可溯源 id,非本题改编)
$f(x)=x$ 在 $[0,\pi]$ 上展开成余弦级数。
#HC0775-005 | calc | 掌握
看答案
$\frac\pi2 - \frac{4}{\pi}\sum_{k=0}^\infty\frac{\cos(2k+1)x}{(2k+1)^2}$
设f(x)在[0,π]上连续,且f(0)=0,f(π)=0,将f(x)展开为正弦级数。
#HC0775-010 | calc | 掌握
看答案
$\sum_{n=1}^{\infty} b_n \sin(nx)$,其中$b_n = (2/\pi)\int_0^{\pi} f(x) \sin(nx) dx$
将函数f(x)=ln(1+x)展开为x的幂级数,并指出收敛域。
#HC0775-011 | calc | 掌握
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$\ln(1+x)=\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1}x^n/n, x\in(-1,1]$
做法同源:识别特征 → 判别方法 → 验算。答案可折叠,先自己做再看;错误率来自训练记录(样本不足则留白,绝不编造)。