世界的本質是旋轉 1 復平面與尤拉公式

2021-07-11 16:42:38 字數 1640 閱讀 4131

最近閒來無事,翻看起舊課本《訊號與系統》,不經意間對一些基礎問題有了新的理解角度。在上學的時候,我搞不清楚,這傅利葉變換是毛?明明乙個時域波形,非要搞出個頻率出來,雖然很好用,但是看不見摸不著的,實在讓人頭大。ej

θ=co

sθ+j

sinθ

復平面上對角度取復指數,被定義為單位圓上角度為

θ 的向量,亦可理解為單位向量「1」沿逆時針從x+軸旋轉

θ 度後的結果。

是橫座標,si

nθ是縱座標,通過因子 j 與實座標組合起來,表示乙個確切的位置。

當然,通過一些奇偶函式的特性可知: e−

jθ=c

osθ−

jsin

θ 與上面的公式相加:e−

jθ+e

jθ=2

cosθ

也可寫成這個有意思的東東: ¥c

osθ=

ejθ+

e−jθ

2 我們人類可以觀測的東東,是在特定時刻的一組數值。以一維的訊號而言,比如聽聲音,感覺到的是每個時刻鼓膜的震動強度——當然,是乙個隨著時間變化的實數。對最簡單的乙個單頻率震動而言,耳朵聽到的是乙個正弦波:

上圖中,橫軸為時刻,縱軸為該時刻的聲音強度。由於這個強度是實數,因此,把它放在復平面上,所有時刻的值都在x軸上。現在,在x軸上放置乙個水筆,並且用各個時刻的聲音強度控制筆的位置,讓一張紙向下滾動,我們看到了下圖:

這個鋼筆的x座標與聲強重合: x(

t)=s

(t)=

cos(

2πft

) 好了!接著上面說,由於存在第一部分裡的公式,我們可以寫出:¥c

os(2

πft)

=ej2

πft+

e−j2

πft2

這是什麼?沿著實軸做余弦運動的質點,可以表示成復平面兩個轉動向量的加成。你看,ej

2πft

是逆時針旋轉的向量,e−

j2πf

t 是順時針旋轉的向量,我們的鋼筆拴在兩個旋轉的棍子上!

圖中,只畫了實軸和時間軸,這裡因為擺放關係,時間軸和虛軸重合,但虛軸和時間沒有關係,不要被誤導!

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