「全身を真綿でくるみ、さらにホウタイでぐるぐる巻きにして、真夏でも閉めきった部屋の中で思索した」(フーリエ自伝より)。若くして「フーリエ級数」を発表したフーリエは、数学者であると同時に、エジプト文明の研究に熱中した考古学者でもありました。猛暑の中で研究すると、スムースに研究がはかどるという彼の奇人ぶりはとても徹底していたようです。さて、そんな彼が発見した「同じ周期を持つ波はどんなに複雑なものでも単純な波の合成である」という事柄をコンピュータを用いてシミュレートしてみましょう。
非常に複雑に見える事柄でも、コンピュータを用いれば少しは簡単に見えることがあります。そんな1つのテーマとして「フーリエ級数」を選んでみました。フーリエの発見したフーリエ級数の式と展開式は
というとても難しい式をしています。この式の持つ意味が短時間で理解でき、最後に身近に感じれるものとなればよいのですが。
なお、このレポートは‘88年に、数学には素人の人たちで作る「トランスナショナル・カレッジ・オブ・レックス」が作成した「フーリエの冒険」(HIPPO FAMIKLY CLUB)を参考に、手間のかかりそうなところをコンピュータで支援できるようにと作成したものです。
1 波の合成 | |
1_1 sin波とcos波 | |
1_2 周期・周波数・角速度 | |
1_3 波の合成 | |
1_4 合成された波の規則性 | |
1_5 フーリエ級数式 |
2 波の分解 | |
2_1 a0を求める | |
2_2 波のかけ算 | |
2_3 anを求める | |
2_4 フーリエ展開 | |
2_5 波の分解 | |
2_6 スペクトル |
終わりに |