为什么要进行傅立叶变换,变换后得到的函数究竟是什么?

为什么要进行傅立叶变换,变换后得到的函数究竟是什么?
在百度上看到傅立叶变换是把无周期的函数变成无穷多个三角函数的叠加,可变换后的函数明显不是三角函数阿,那傅立叶变换后得到的函数究竟表示什么呢?这几天刚学傅立叶变换,有很多不理解,
XIEJUN69 1年前 已收到1个回答 举报

南柯渡 幼苗

共回答了20个问题采纳率:80% 举报

好问题.
1.不知道你还记得傅立叶变换是怎么来的不,至少在课本上看到的是根据周期函数的傅立叶级数的推广:傅立叶级数告诉我们任意周期函数(这里讨论连续的情况)均可以分解为基频及其谐波成分的叠加.而傅立叶先生当年在解决热力学问题时将这个idea推广了一下,就是现在的傅立叶变换.我们将周期函数的周期设为无穷大,这时函数就退化成一个非周期的有限时间函数,而原来分解的和式就变成无限项以微小量∆增加的谐波成分的和(极限情况下就是积分/这也是积分学的methodology).
2.那么傅立叶变换后的函数是什么意思呢?再看傅立叶级数a(k)是什么意思,其实就是对应的谐波exp(jkw0) 的幅度.同理,傅立叶变换H(jw)也是对应的谐波成分exp(jwt)的幅度,这个从傅立叶反变换公式看是一目了然的.

1年前 追问

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XIEJUN69 举报

这个答案很好,终于明白了。傅里叶积分可以看成无限多个频率很小的正余弦三角函数的叠加对吧?还有,之所以傅里叶变换的被积表达式是f(t)e^-iwt的形式,是因为使用欧拉公式把傅里叶级数变成复数的形式对吧?

举报 南柯渡

第一个问题我认为是对的,就是一个分的概念,但具体分法要看讨论的域,即空间的概念,比如卷积,三角函数,walsh码同样是这个道理因为他们都满足所谓的完备性。至于第二个问题,不知道是不是教材的说法不一样。在讨论傅立叶技术的时候我们同样是将其分解为复指数函数的和的形式,因为这样做表达形式简洁,特别是分解公式和合成公式看起来更有完美的对称性。至于为什么要引入复函数的概念,我就不好回答了,你可以去问问欧拉同学和傅立叶同学,看看他们的作业是怎么回事!

XIEJUN69 举报

这几天我们学了拉普拉斯变换,我们老师说是因为傅里叶变换条件太苛刻,许多常用函数不存在对应的傅里叶变换,所以才引入的,还说这样子计算更加方便。这个我还能理解,但同傅里叶变换一样,Laplace变换后得到的函数(同傅里叶变换一样,我们记了很多常用函数的拉式变换公式)具体表示什么意思啊?虽然具体题目都会做,但我还是没弄明白究竟为什么要进行拉氏变换,这样子做有什么好处?(听说可以用来解微分方程)麻烦再解释一下

举报 南柯渡

“拉普拉斯变换,我们老师说是因为傅里叶变换条件太苛刻,许多常用函数不存在对应的傅里叶变换,所以才引入的,还说这样子计算更加方便”是对的傅立叶变换要存在必须满足狄里克雷收敛条件,引入Laplace 变换就是将傅立叶变换一般化(可以从那个递减的是指数函数理解)。那么Laplace变换后的函数本质上其实跟傅立叶变换是一样的(不然怎么能叫一般化呢?),但它又必须更一般化,也就是包括更广的范围吧!所以,同理,Laplace变换就是将原信号分解为复指数函数的叠加。你再回顾所学过程:傅立叶级数-》傅立叶变换-》Laplace变换,就可以看出,其实就是在我们所讨论的信号空间里分解信号但又能合成回去。至于怎么确定信号空间呢?正弦函数、复正弦函数到复指数函数均可以,都可以构成一个完备集。而Laplace变换正式因为它能解决原来傅立叶变换处理不了的函数所以威力更大。傅立叶变换还是频域上的复值函数,而Laplace变换就是真正的复变函数了,所以它能有效简洁地解决微分方程,这有点类似电路分析里面引入相量来分析电路稳态的微分方程。
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