无穷级数 · 设$f(x)=x^{3}$,将f(x)在[-π,π]上展开为

第11章 无穷级数 | 题库题号 12-28(可溯源)| 一题一图组 · 按题型取式 | 师生双视图同源
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题 干
设$f(x)=x^{3}$,将f(x)在[-π,π]上展开为傅里叶级数,并利用结果求$\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1}/n^{3}$的值。
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) = x³区间 [−π, π]所 求展开傅里叶级数求 ∑(−1)ⁿ⁻¹/n³缺口需架桥
奇函数 ⇒ 正弦级数;再代特殊点求数项级数。
教师点题:奇函数 $a_n=0$,算 $b_n$。
学生写出 $b_n$ 积分式。
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. $f(x)=x^{3}$是奇函数,$a_n=0$,$b_n=2/\pi\int_{0}^{\pi} x^{3} \sin(nx)dx$。分部积分多次得$b_n=2(-1)^{n-1}(\pi^{2}/n-6/n^{3})$。傅里叶级数:$x^{3}=\sum_{n=1}^{\infty} 2(-1)^{n-1}(\pi^{2}/n-6/n^{3})\sin(nx)$。令x=π/2代入:$\pi^{3}/8=\sum2(-1)^{n-1}(\pi^{2}/n-6/n^{3})\sin(n\pi/2)$。分析级数的实部虚部可得$\sum(-1)^{n-1}/n^{3}=\pi^{3}/32$。
标准解答(题库真题自带):多次分部积分 ⇒ $b_n=2(-1)^{n-1}(\frac{\pi^2}{n}-\frac{6}{n^3})$;代 x=π/2 ⇒ $\sum(-1)^{n-1}/n^3=\pi^3/32$。
教师强调「代特殊点」把 π² 项与常数项分离。
学生复算代点。
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)
求幂级数$\sum_{n=0}^{\infty} (n+1)x^n$的和函数S(x),并利用其求$\sum_{n=0}^{\infty} \frac{n+1}{2^n}$的值。
#HC07傅里叶级-003 | calc | 掌握
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S(x)=1/(1-x)^2, 和=4
已知 $f(x) = \pi - x$ 在 $[0,\pi]$ 上展开为余弦级数,求该级数在 $x = 3\pi/2$ 处的和。
#HC07傅里叶级数-001 | choice | 掌握
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D
将 $f(x) = x$($-\pi < x < \pi$)展开为傅里叶级数,则其正弦系数 $b_n = \underline{\hspace{4cm}}$($n \ge 1$)。
#HC07傅里叶级数-003 | fill | 掌握
看答案
$\frac{2(-1)^{n+1}}{n}$
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)。