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(Hinweis: Benutzen Sie (a) und die Cauchy-Schwarzsche Ungleichung.) L¨osung: Die Parsevalsche Gleichung liefert X k∈Z |kf(k)|d =X k∈Z |f[0(k)|&lt

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Academic year: 2021

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Prof. Dr. J. Ebert PD Dr. T. Timmermann

Ubung zur Analysis 3¨ Blatt 11

Zusatzaufgabe 5. Seif:R→Rstetig differenzierbar und 2π-periodisch. Zeigen Sie:

(a) Die Fourier-Koeffizienten f[0(k) von f0 erf¨ullenf[0(k) =ikfd(k).

L¨osung: Partielle Integration liefert f[0(k) = 1

√2π Z π

−π

f0(k)e−ikxdx

= 1

2π[f(k)e−ikx]π−π− 1

√ 2π

Z π

−π

f(k)(−ik)e−ikxdx

= ik

√ 2π

Z π

−π

f(k)e−ikxdx=ikfd(k).

(b) Die Reihe P

k∈Z|fd(k)|konvergiert.

(Hinweis: Benutzen Sie (a) und die Cauchy-Schwarzsche Ungleichung.) L¨osung: Die Parsevalsche Gleichung liefert

X

k∈Z

|kf(k)|d =X

k∈Z

|f[0(k)|<∞.

Dem Hinweis entsprechend k¨onnen wir folgern:

X

k∈Z

|fd(k)|=|f(0)|d + X

k∈Z\{0}

|fd(k)k|1 k

und

X

k∈Z\{0}

|fd(k)k|1 k ≤

 X

k∈Z\{0}

|kfd(k)|2

1/2

 X

k∈Z\{0}

1 k2

1/2

<∞.

(c) Die Folge (Snf)n, definiert durch (Snf)(x) = 1Pn

k=−nfd(k)eikx, konvergiert gleichm¨aßig.

L¨osung: Sei > 0. Nach (b) gibt es ein N mit P

|k|>N|fd(k)| < . Wegen

|eikx|= 1 folgt dann |(Snf)(x)−(Smf)(x)|< f¨ur alle n, m > N und x∈R. (d) Zeigen Sie, dass die Folge (Snf)n gleichm¨aßig gegenf konvergiert.

L¨osung: Das kann man aus dem Satz der Vorlesung ¨uber die Konvergenz gegen die arithmetischen Mittel schlussfolgern, oder daraus, dass (Snf)nin derL2-Norm gegen f konvergiert.

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