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傅裡葉級數變換

圖文 更新时间:2024-09-30 17:27:08

對于傅裡葉變換,其中的一些概念很容易讓人模糊不清,比如,周期函數和非周期函數的傅裡葉轉換有什麼不同,

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核函數

這四個核函數更是讓人頭痛不已,到底什麼時候要負号,什麼時候不要負号,什麼時候有n,什麼時候沒有n。這篇文章就讨論一下這個問題。

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我們先把這個證明的思路搞清楚:首先

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也就是說,這裡證明的是周期函數的傅裡葉級數展開;然後我們再看一下這個證明的思路: 它首先是假設任何一個周期函數都可以展開為正弦函數之和,然後再求出各個正弦函數的系數,系數求出的過程也很簡單,就是以正弦函數的周期

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進行方程左右兩邊的積分,最後得出傅裡葉級數的系數表達式。注意,是傅裡葉級數,不是傅裡葉變換。然後,上述結果可以寫成:

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接着,是利用歐拉公式将這個表達式轉變成指數形式:

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最後,f(t)可以合并寫成:

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上述轉變過程很容易看懂,看懂以後,我們隻要注意到:第一個表達式就是周期函數f(t)的指數傅裡葉級數形式,其核函數裡面有n,沒有負号,這個表達式表示的是周期函數f(t)從時域到頻域的級數展開過程;第二個表達式表示的是函數f(t)展開為傅裡葉級數時的系數的求法,其核函數裡面有n,也有負号。 接下來,就需要把周期函數轉變成非周期函數,再求其傅裡葉變換。這個轉變過程更簡單,就是假設

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然後定義非周期函數的傅裡葉變換

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上述是定義,不用什麼證明,我們注意到,這個時候核函數裡面沒有n,有負号,這是時域到頻域的正向變換過程。那麼對于非周期函數f(t),就有

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這個時候核函數裡面沒有n,沒有負号,這是頻域到時域的逆向變換過程。 最後,我們把周期和非周期函數的傅裡葉過程放在一起,總結一下:

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從上面的分析可以總結如下:

1:周期函數對應于傅裡葉級數,非周期函數對應傅裡葉變換,兩者之間的轉化在于周期T是否是無窮大。

2:傅裡葉級數中,核函數裡面都有n;而傅裡葉變換裡面都沒有;

3:無論傅裡葉級數還是傅裡葉變換,函數展開時(f(t)在方程左邊),核函數都是正的;否則都是負的。

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