Calculadora de series de Fourier

Introduce una función f(x), el intervalo que forma un periodo y cuántos términos quieres. La calculadora halla los coeficientes de Fourier por integración numérica, escribe la serie y dibuja la suma parcial sobre tu función.

Por ejemplo x, x^2, abs(x) o abs(x)/x para una onda cuadrada. Los puntos donde f no está definida, como x = 0 en abs(x)/x, se omiten. En la fórmula, los decimales van con punto: 0.5*x.
Un periodo completo de inicio a fin, como de -pi a pi o de 0 a 2. La función se repite con periodo T = fin − inicio.
Armónicos n = 1 … N, hasta 50.
Serie de Fourier (suma parcial)f(x) ≈ 2 sin(x) − sin(2x) + 0.6666666667 sin(3x) − 0.5 sin(4x) + 0.4 sin(5x)
Valor medio a₀ / 2
0
Periodo T
6,283185307
n = 1
a = 0; b = 2
n = 2
a = 0; b = −1
n = 3
a = 0; b = 0,6666666667
n = 4
a = 0; b = −0,5
n = 5
a = 0; b = 0,4

Los coeficientes se calculan por integración numérica adaptativa; los valores menores que unas 10⁻⁹ veces el mayor se muestran como 0. En la gráfica, f es el primer color y la suma parcial el segundo.

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Cómo se usa

  1. Escribe f(x) tal como es en un periodo. Los decimales de la fórmula van con punto: 0.5*x.
  2. Introduce el inicio y el fin de ese periodo, por ejemplo −pi y pi (un número también admite coma decimal: 0,5).
  3. Elige el número de términos y lee los coeficientes; la gráfica compara f con la suma parcial.

Cómo funciona

Cada coeficiente es una integral sobre un periodo, calculada con integración de Simpson adaptativa. La serie se escribe con sin(nx) y cos(nx) cuando el periodo es 2π, y con sin(nπx / L) y cos(nπx / L) en otro caso, donde L = T / 2 es el semiperiodo.

Ejemplo resuelto

f(x) = x en −π a π con N = 3: a₀ = 0 y todos los aₙ = 0, mientras que b₁ = 2, b₂ = −1 y b₃ = 2/3. Así,

x ≈ 2 sin(x) − sin(2x) + 0.6666666667 sin(3x).

La serie se escribe como fórmula, con punto decimal, para poder pegarla en una calculadora gráfica; los coeficientes de las filas n = 1 … N se muestran con coma.

Para f(x) = x² en el mismo intervalo: a₀ / 2 = π² / 3 ≈ 3,289868, a₁ = −4, a₂ = 1, a₃ = −4/9 y todos los bₙ = 0.

Consejos

  • Las funciones periódicas suaves necesitan pocos términos; las que tienen saltos necesitan muchos, y sus coeficientes solo decrecen como 1/n.
  • La gráfica muestra un solo periodo; la serie lo repite a izquierda y derecha.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las fórmulas de los coeficientes de Fourier?

Con periodo T = b − a y ω = 2π / T: a₀ = (2/T)∫f(x)dx, aₙ = (2/T)∫f(x)cos(nωx)dx y bₙ = (2/T)∫f(x)sin(nωx)dx, cada una sobre un periodo. La serie es f(x) ≈ a₀/2 + Σ (aₙcos(nωx) + bₙsin(nωx)).

¿Por qué todos los aₙ son cero para f(x) = x?

En un intervalo simétrico como de −π a π, una función impar (f(−x) = −f(x)) solo tiene términos en seno y una par (f(−x) = f(x)) solo términos en coseno y la constante. x es impar, así que aₙ = 0 y bₙ = 2(−1)ⁿ⁺¹ / n.

¿Por qué la suma parcial se pasa en un salto?

Es el fenómeno de Gibbs: cerca de una discontinuidad la suma parcial se pasa en torno al 9 % del salto, tomes los términos que tomes. El pico se estrecha, pero no se reduce.

¿Los coeficientes son exactos?

Se calculan numéricamente con una regla de Simpson adaptativa y son precisos hasta muchos decimales en funciones suaves; cerca de los saltos las últimas cifras pueden diferir de la fórmula exacta.

¿Cómo introduzco una función definida a trozos?

No hay sintaxis para funciones a trozos, pero abs ayuda: abs(x)/x es una onda cuadrada que vale −1 para x negativa y 1 para x positiva, y (x + abs(x))/2 vale 0 para x negativa y x para x positiva.

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Todas las herramientas de la categoría: Matemáticas ·Actualizado el 4 de noviembre de 2026

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