6CCM318A Fourier Analysis

傅里叶分析代写 This paper consists of two sections, Section A and Section B. Section A contributes 50% of the total marks for the paper.

Summer 2020

Time Allowed: Two Hours

This paper consists of two sections, Section A and Section B. Section A contributes 50% of the total marks for the paper.

Answer all questions in Section A and all questions in Section B. All questions in Section B carry equal marks.

 

NO calculators are permitted.

DO NOT REMOVE THIS PAPER FROM THE EXAMINATION ROOM

TURN OVER WHEN INSTRUCTED

 

SECTION A 傅里叶分析代写

A 1. Let f S1 → C be an integrable function.

  • Define the Abel sums (Ar(f ))() related to f , r > 0, and the Poisson kernel Pr(θ). State without a proof whether {Pr(·)}0r<1 is a family of good kernels as r → 1−.     [3 marks]
  • Prove that the Fourier series of f is Abel convergent to f at all points of continuity θ ∈ S1 of f . You may use the Good Kernels theorem, provided you state it     [7 marks]
  • For each of the following statements determine whether it is true or  Justify your answers with a proof or a counterexample.

(i) If f is continuous everywhere on S1, then the Abel convergence of the Fourier series of f is

(ii) The Fourier series of f is Abel convergent to f 傅里叶分析代写

(iii) If a series of numbers is Abel convergent to s, then it is also convergent to s in the usual sense.

(iv) If the Fourier series of f converges uniformly to f , then it is also uniformly Abel convergent to f .      [15 marks]

傅里叶分析代写
傅里叶分析代写

A 2. (a) For Schwartz functions f, g ∈ S(R) define the convolution (f ∗ g(·) and state without a proof whether f ∗ g ∈ S(R).  Does f^∗ g(·) make sense?     [3 marks]

(b) Provethat if f, g ∈ S(R) are Schwartz functions, then

傅里叶分析代写
傅里叶分析代写

 

[7 marks]

(c) For each of the following statements determine whether it is true or  Justify your answers with a proof or a counterexample.

(i) f(x) = e−|x| is a Schwartz function. 傅里叶分析代写

(ii) f(x) = ex4 is a Schwartz function.

(iii) If f, g ∈ S(R) are Schwartz functions, then

(Ff ) · (Fg) = F(f ∗ g).

(iv) If f, g ∈ S(R) are Schwartz functions, then f  g ∈ S(R).

(v) If f, g ∈ S(R) are Schwartz functions so that for all x ∈ R, g(x> 0, then f (x)/g(x) ∈ S(R).      [15 marks]

 

SECTION B 傅里叶分析代写

B 3. Let f S1 → C, f (θ) = |θ| on θ ∈ [−π, π].

(a) Evaluate the Fourier coefficients f (n) of f and hence find the Fourier series of f in its complex and its real forms.      [15 marks]

(b) Use your answers to part (a) to determine whether the Fourier series of f converges to f , and whether it converges uniformly to f w.r.t. x ∈ S1.        [5 marks]

(c) By computing the Fourier coefficients of g := f ∗ f find a maximum possible k ≥ 0 so that g ∈ Ck(S1).     [5 marks]

 

B 4. Let f : R → C be the function

傅里叶分析代写
傅里叶分析代写

i.e., the characteristic function of the unit interval in R.

 

(a) Evaluate the Fourier transform of f , and use your result to compute the Fourier transform of the function f (x) = sin x .    [12 marks]

(b) Find the convolution g(x) := (f ∗ f )(x) of f with itself, and its Fourier transform f (ξ). (Hint: you are not required to compute the Fourier transform of g directly.)     [7 marks]

(c) By applying the Plancherel identity or otherwise, evaluate the integral

[6 marks]