ejercicio 3-19

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Ejercicio 3-19 La ecuaci´ on de Kepler es ωt = ψ - e sen ψ ψ es una funci´ on de ωt (donde todo el producto ωt se toma como una variable), entonces se puede definir f (ωt)= ψ(ωt) - ωt = e sen ψ En la ecuaci´ on de Kepler, cuando ψ = 0, es obtiene ωt = 0; cuando ψ = π, entonces ωt = π. Por lo tanto, se tiene que f (0) = f (π) = 0. Esto sugiere que el intervalo para expandir a f en series de Fourier ser´ a [0]. La expansi´ on en series de Fourier en senos de una funci´ on es f (x)= X n=1 b n sen nπx L donde b n = 2 L Z L 0 f (x) sen nπx L dx Reemplazando x = ωt y L = π en la ecuaci´ on de los coeficientes se obtiene b n = 2 π Z π 0 f (ωt) sen (nωt) d(ωt) Integrando por partes: u = f (ωt), dv = sen (nωt) d(ωt) se obtiene b n = 2 π Z π 0 cos(nωt) n d[ψ(ωt)] Reemplazando ωt de la ecuaci´ on de Kepler: b n = 2 Z π 0 cos[- ne sen ψ]La integral de Bessel para n no negativo es J n (x)= 1 π Z π 0 cos(nE - x sen E)dE Entonces el coeficiente queda b n = 2 n J n (ne) 1

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ejemplo

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  • Ejercicio 3-19

    La ecuacion de Kepler est = e sen

    es una funcion de t (donde todo el producto t se toma como una variable), entoncesse puede definir

    f(t) = (t) t = e senEn la ecuacion de Kepler, cuando = 0, es obtiene t = 0; cuando = pi, entonces

    t = pi. Por lo tanto, se tiene que f(0) = f(pi) = 0. Esto sugiere que el intervalo paraexpandir a f en series de Fourier sera [0, pi].

    La expansion en series de Fourier en senos de una funcion es

    f(x) =

    n=1

    bn sen(npixL

    )donde

    bn =2

    L

    L0

    f(x) sen(npixL

    )dx

    Reemplazando x = t y L = pi en la ecuacion de los coeficientes se obtiene

    bn =2

    pi

    pi0

    f(t) sen (nt) d(t)

    Integrando por partes: u = f(t), dv = sen (nt) d(t) se obtiene

    bn =2

    pi

    pi0

    cos(nt)

    nd[(t)]

    Reemplazando t de la ecuacion de Kepler:

    bn =2

    npi

    pi0

    cos[n ne sen]d

    La integral de Bessel para n no negativo es

    Jn(x) =1

    pi

    pi0

    cos(nE x senE)dE

    Entonces el coeficiente queda

    bn =2

    nJn(ne)

    1

  • Y la serie de Fourier en senos da

    f(t) =

    n=1

    bn sen (t)

    t =n=1

    2

    nJn(ne) sen (t)

    = t+

    n=1

    2

    nJn(ne) sen (t)

    Los primeros terminos de la funcion de Bessel (con n entero positivo) son

    Jn(x) =1

    n!

    (x2

    )n 1

    (n+ 1)!

    (x2

    )n+2+

    1

    2(n+ 2)!

    (x2

    )n+4

    De esta forma se puede aproximar de la siguiente forma

    t+ sen (t)[2J1(e) + J2(2e) +

    2

    3J3(3e)

    ]Realizando las respectivas expansiones de Jn se puede aproximar el valor de por series

    de potencias.

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