周期函數和非周期函數傅里葉變換的異同

對於傅里葉變換,很多同學對其中的一些概念模糊不清,比如,週期函數和非週期函數的傅里葉轉換有什麼不同,

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

核函數

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

首先,要搞清楚上述問題,就必須搞清楚傅里葉變換的來龍去脈,下面是常用教科書裡面關於週期函數的傅里葉級數展開的證明過程。

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同


週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同


週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

我們先把這個證明的思路搞清楚:首先

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

也就是說,這裡證明的是週期函數的傅里葉級數展開;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週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係數,係數求出的過程也很簡單,就是以正弦函數的週期

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

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

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

然後,是利用歐拉公式將這個表達式轉變成指數形式:

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同


週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同


週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

最後,f(t)可以合併寫成:

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

上述轉變過程很容易看懂,看懂以後,我們只要注意到:第一個表達式就是週期函數f(t)的指數傅里葉級數形式,其核函數里面有n,沒有負號,這個表達式表示的是週期函數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)展開為傅里葉級數的係數的求法,其核函數里面有n,也有負號。

接下來,就需要把週期函數轉變成非週期函數,再求其傅里葉變換。這個轉變過程更簡單,就是假設

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

然後定義非週期函數的傅里葉變換

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

上述是定義,不用什麼證明,我們注意到,這個時候核函數里面沒有n,有負號,這是時域到頻域的正向變換過程。那麼對於非週期函數f(t),就有

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

這個時候核函數里面沒有n,沒有負號,這是頻域到時域的逆向變換過程。

最後,我們把週期和非週期函數的傅里葉過程放在一起,總結一下:

週期函數和非週期函數傅里葉變換的異同

從上面的分析可以總結如下:

1:週期函數的傅里葉級數中,核函數里面都有n;而非週期函數裡面都沒有;

2:無論週期函數還是非週期函數,f(t)在方程左邊的,核函數都是正的;否則都是負的。

3:週期函數的Fn,求出的是f(t)的傅里葉級數的係數;而非週期函數求出的則是頻譜F(w)。


分享到:


相關文章: