基本概念

任何週期為 2π2\pi 的函數 f(x)f(x) 可展開為無窮級數:

f(x)=a02+n=1(ancos(nx)+bnsin(nx))f(x) = \frac{a_0}{2} + \sum_{n=1}^{\infty} \bigl(a_n\cos(nx) + b_n\sin(nx)\bigr)

互動說明

透過滑桿調整疊加項數 N,觀察純粹的圓周運動如何逼近方波、以及以奇數諧波構成接近方形的週期軌道。

吉布斯現象(Gibbs Phenomenon):當項數增加,可觀察到在圖形邊緣(不連續處)產生無法完全消除的波峰振盪,這種逼近誤差會收斂到約為跳躍高度 9% 的極限。

觀察重點

  • 萬物皆可拆解:理解再複雜的連續軌跡,都能被拆解為多個基本頻率(圓圈)的互相疊加
  • 收斂與平滑度:觀察隨著 N 值增加,曲線貼合目標圖案的速度與變化;愈平滑的函數,其傅立葉係數衰減得愈快,收斂速度也愈快
  • 跨領域的視覺化:直觀感受「數學訊號處理」如何轉變為「幾何圖學」的繪製過程

相關作品

Spirograph 繁花曲線 —— 傅立葉級數中「圓套圓(Epicycles)」的基礎幾何原型。

延伸閱讀

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