Sea
la suma de los primeros términos de la serie de Fourier que representa
en el intervalo
.
Si se aproxima por
, es decir,
despejando ,
donde es la diferencia o el error entre
y su aproximación, entonces el error cuadrático medio
está definido por
Ahora se va a demostrar que si se aproxima una función por una serie finita de Fourier
, entonces esta aproximación tiene la propiedad de ser el mínimo error cuadrático medio. Para ello, se toma la ecuación del error cuadrático medio
Y sustituyendo en esta ecuación, se tiene los siguiente
Y se transformó en una función de
,
y
.
Para que el error cuadrático medio sea mínimo, sólo basta con que sus derivadas parciales (con respecto a
,
y
) deban ser iguales a cero. Es decir,
,
,
Para
Derivando parcialmente con respecto a
, resulta
En la tercera integral, si , por propiedades de ortogonalidad
Lo cual, esto queda demostrado la primera parte.
Derivando parcialmente con respecto a
, resulta
Si ,
y
, por propiedades de ortogonalidad
Lo cual, esto queda demostrado la segunda parte.
Derivando parcialmente con respecto a
, resulta
Si ,
y
, por propiedades de ortogonalidad, resulta lo siguiente
Lo cual, esto queda demostrado la última parte.
Se concluye que el error cuadrático medio es mínimo.