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三角波的傅里叶变换对_傅里叶变换(二)—傅里叶变换的推导

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"Fourier"这一名称相信会对许多人并非陌生。尤其是理科学生而言,这三个字必定令人印象深刻。

在教材中,“傅里叶”频繁出现,在这些相关的术语如傅里叶变换等中曾经使众多学生深恶痛绝,并给学习者留下了深刻的负面印象。

傅里叶变化是一种将满足特定条件的函数表示为正弦或余弦波组合及其积分的形式的方法,在多个研究领域中存在各种变体形式。最初而言之傅里叶分析作为一种用于热过程解析的方法被建立和发展。

(一)、过程解析

我们先把傅里叶级数转换为指数形式:

三角函数形式:

bab25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg
bcb25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

代入欧拉公式:

beb25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

可以变形为:

c1b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg
c3b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

c5b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

c9b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

代入傅里叶级数求得:

cbb25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

将(2)、(3)、(4)代入得:

ceb25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

同理可得:

d2b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

将两式代入到(5)中解得:

d5b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

(注:当

d9b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

时:

ddb25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

)

公式(6)为傅里叶级数的指数形式

然后我们来仔细研究下公式(6)

e4b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

聪明的你,一定可以看出来这个累加式子非常像积分的黎曼和。

积分表达式的黎曼和表达式:

e7b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

其中

ecb25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

为步长.同理我们有:

efb25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

f7b25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,得到:

fbb25b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

我们令

04b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

即可得到一个标准化的傅里叶变化公式:

0ab35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

其中

0bb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

(二)、性质

对称性质

0cb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

14b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

奇偶性质

0cb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,且

23b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,其中

26b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

表示

27b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

的实部,

2db35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

表示

27b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

的虚部,则

26b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

是关于

48b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

的奇数,

59b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

的模

62b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

是关于

48b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

的偶函数,辐角

70b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

是关于

48b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

的奇函数。

线性性质

7bb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

8bb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

90b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,其中α和β为常数。

时移性质

0cb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

9ab35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

频移性质

0cb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

a0b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

尺度变换性质

0cb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

acb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

卷积定理

时域卷积定理:若

7bb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

8bb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

c8b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

频域卷积定理:若

7bb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

8bb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

dcb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

时域微、积分

微分性质:

0cb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

e1b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

e3b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

积分性质:

0cb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

f5b35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

频域微、积分

微分性质:

0cb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

07b45b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

积分性质:

0cb35b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

,则

21b45b4c-a52a-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

(三)、常用傅里叶变换及其对偶关系图

(下面附下载地址)

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文档地址:链接: https://pan.baidu.com/s/1fJGzfBL4I4s2MMJZA-BZgA 提取码: 8abw

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