Diferencia entre revisiones de «Series de Fourier CPP»

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(Página creada con «import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from scipy.integrate import trapezoid def base_trigonometrica(n): #Puntos donde se grafica x = np.linspace(-1,1,1000)...»)
 
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import numpy as np
 
import matplotlib.pyplot as plt
 
from scipy.integrate import trapezoid
 
  
def base_trigonometrica(n):
 
#Puntos donde se grafica
 
x = np.linspace(-1,1,1000)
 
plt.figure(figsize = (10,6))
 
 
#Primer término de la serie
 
plt.plot(x, np.full_like(x, 0.5), label='1/2 (n=0)', linewidth=2, color='black')
 
 
#Términos trigonométricos
 
for n in range(1,n):
 
plt.plot(x, np.cos(n*np.pi*x), color = 'r', linestyle='-')
 
plt.plot(x, np.sin(n*np.pi*x), color = 'b', linestyle='-')
 
 
plt.title('Primeros términos de la base trigonométrica {1/2, cos(nπx), sin(nπx)}')
 
plt.xlabel('x')
 
plt.ylabel('f(x)')
 
plt.axhline(0, color='black', linewidth=0.5)
 
plt.axvline(0, color='black', linewidth=0.5)
 
plt.grid(True, linestyle=':', alpha=0.6)
 
plt.legend(['1/2','cos','sin'], loc = 'upper right', bbox_to_anchor = (1,1))
 
plt.tight_layout()
 
 
# Mostrar resultado
 
plt.show()
 
 
 
def serie_fourier_definitiva(f,L,n):
 
 
#Puntos donde se grafica y sus valores exactos
 
x = np.linspace(-L/2,L/2,1000)
 
f_ev = f(x)
 
 
def serie_fourier(funcion,x_val,n_terms):
 
fn = np.zeros_like(x_val)
 
f_eval = funcion(x_val)
 
 
c0 = trapezoid(2/L * f_eval,x_val)
 
fn = c0/2
 
for k in range(1,n_terms+1):
 
#Coeficientes
 
cn = trapezoid(2/L * f_eval * np.cos(2*k*np.pi*x_val/L),x_val)
 
dn = trapezoid(2/L * f_eval * np.sin(2*k*np.pi*x_val/L),x_val)
 
 
#Sumar términos
 
fn +=  cn* np.cos(2*k*np.pi*x_val/L) + dn * np.sin(2*k*np.pi*x_val/L)
 
 
return fn
 
 
#Gráfica
 
plt.figure(figsize = (10,6))
 
plt.plot(x,f_ev,'k--', label='f(x) original', linewidth=2)
 
 
for i in n:
 
fn_ev = serie_fourier(f,x,i)
 
plt.plot(x,fn_ev, label=f'n = {i}')
 
 
plt.title('Aproximación de f(x) mediante serie de Fourier')
 
plt.legend()
 
plt.grid(True, alpha=0.3)
 
plt.show()
 
 
#Cálculo de errores
 
n_error = []
 
for i in range(1,100):
 
n_error.append(i)
 
 
error_l2 = []
 
error_inf = []
 
 
for i in n_error:
 
f_n = serie_fourier(f,x,i)
 
dif = f_ev - f_n
 
 
error_l2.append(np.sqrt(trapezoid(dif**2,x)))
 
error_inf.append(round(float(np.max(np.abs(dif))),6))
 
 
#Gráfica
 
plt.figure(figsize = (10,6))
 
plt.plot(n_error,error_l2, linewidth=2)
 
plt.title('Error $L^2$')
 
plt.legend()
 
plt.grid(True, alpha=0.3)
 
plt.show()
 
 
def comparar_fourier_cesaro(func, L, n_terms, nombre_funcion="Función"):
 
    """
 
    Calcula y grafica la aproximación de Fourier estándar vs Sumas de Cesàro.
 
   
 
    func: Función original a aproximar.
 
    L: Longitud del intervalo [-L/2, L/2].
 
    n_terms: Número máximo de coeficientes (n).
 
   
 
    """
 
   
 
    def get_coefficients(n):
 
        # Integración por método del trapecio como se indica en el documento
 
        x_int = np.linspace(-L/2, L/2, 2000)
 
        y_int = func(x_int)
 
       
 
        # Coeficiente c0
 
        c0 = (2/L) * trapezoid(y_int, x_int)
 
       
 
        an = []
 
        bn = []
 
        for i in range(1, n + 1):
 
            cos_term = np.cos(2 * np.pi * i * x_int / L)
 
            sin_term = np.sin(2 * np.pi * i * x_int / L)
 
            an.append((2/L) * trapezoid(y_int * cos_term, x_int))
 
            bn.append((2/L) * trapezoid(y_int * sin_term, x_int))
 
        return c0, an, bn
 
 
    # Obtener coeficientes
 
    c0, an, bn = get_coefficients(n_terms)
 
   
 
    # Construir sumas parciales S_k para Cesàro
 
    x_range = np.linspace(-L/2,L/2,1000)
 
    sumas_parciales = []
 
    current_sum = np.full_like(x_range, c0 / 2)
 
    sumas_parciales.append(current_sum.copy())
 
   
 
    for i in range(n_terms):
 
        term = an[i] * np.cos(2 * np.pi * (i+1) * x_range / L) + \
 
              bn[i] * np.sin(2 * np.pi * (i+1) * x_range / L)
 
        current_sum += term
 
        sumas_parciales.append(current_sum.copy())
 
   
 
    # Calcular Suma de Cesàro (Promedio de las sumas parciales)
 
    sigma_n = np.mean(sumas_parciales, axis=0)
 
   
 
    # Gráfica
 
    plt.figure(figsize=(12, 6))
 
    plt.plot(x_range, func(x_range), 'k--', label=f"Original: {nombre_funcion}", alpha=0.6)
 
    plt.plot(x_range, current_sum, label=f"Fourier Estándar (n={n_terms})", color='red', alpha=0.5)
 
    plt.plot(x_range, sigma_n, label=f"Suma de Cesàro (n={n_terms})", color='blue', linewidth=2)
 
   
 
    plt.title(f"Aproximación de {nombre_funcion}: Fourier vs Cesàro")
 
    plt.xlabel("x")
 
    plt.ylabel("f(x)")
 
    plt.grid(True, linestyle='--', alpha=0.7)
 
    plt.show()
 
 
 
 
#Lo que se ejecuta---------------------------------------------------------
 
base_trigonometrica(6)
 
 
def f(x):
 
lista = []
 
for i in x:
 
if i < 0:
 
lista.append(0)
 
else:
 
lista.append(1)
 
return np.array(lista)
 
 
def MW(x):
 
n = 200
 
a = 1/2
 
b = 13
 
 
suma = 0
 
for i in range(n):
 
suma += a**i * np.cos(b**i * np.pi*x)
 
 
return suma
 
 
def g(x):
 
return x**2
 
 
serie_fourier_definitiva(f,10,[1,5,10,100])
 
comparar_fourier_cesaro(f, 10, 50, "Función Discontinua (Escalón)")
 
comparar_fourier_cesaro(MW, 10, 100, "Monstruo de Weierstrass")
 

Revisión del 22:30 18 feb 2026