Se observa que la diferenciación término por término de una serie trigonométrica
multiplica los coeficientes y
por
. Donde la diferenciación tiende a disminuir la convergencia y puede resultar en divergencia.
Demostración del teorema de diferenciación de la serie de Fourier
Teorema. Si es continua cuando
con
, y si la derivada
es continua por tramos, y diferenciable, entonces la serie de Fourier
se puede diferenciar término por término para obtener
Demostración.
Partiendo de la serie de Fourier, se deriva la función con respecto a ««
Atendiendo sólo el segundo término de la derivada del miembro derecho
Se deriva lo siguiente
Derivando el primer término de la suma
Derivando el segundo término de la suma
Regresado a la suma
Regresando a la primera derivada de la serie de Fourier y sustituyendo los resultados obtenidos
Donde ,
y
.
De , tiene una siguiente expresión (utilizando integración directa)
Si , entonces
De , tiene una siguiente expresión (utilizando integración por partes)
Recordando que .
De , tiene una siguiente expresión (utilizando integración por partes)
Recordando que .
Regresando con la continuación de la derivada de y sustituyendo
Y el teorema queda demostrado.