傅利葉變換性質證明卷積 傅利葉變換的性質及基本應用

2021-10-14 15:48:01 字數 1864 閱讀 3806

根據前文 rnderace:傅利葉變換,已經對傅利葉變換有了初步認識,這一次我們**一下傅利葉變換的性質以及一些基本的應用。

傅利葉變換具有如下形式:

這裡我之所以不使用

的記號,就是因為傅利葉變換的兩個條件:

1.原函式定義在

2.原函式要「絕對可積」:

為有限值,且

對於條件1,如果是以

作為記號,考慮其物理意義是時間,時間並不滿足定義在

上,這也是導致拉普拉斯變換在很多方面強於傅利葉變換的原因。

實際上,傅利葉變換作為一種積分變換,它也是線性變換。只不過它不同於有限維線性空間的是,它的作用物件是函式。對於線性變換,我們應當有這樣一種意識:不論物件是什麼,滿足線性運算這種操作就是一種線性變換。而如果對作用物件有一定限制,比如存在零元( 任何元素與它作用都得到

),么元( 任何元素與它作用都得到本身 )等等,這樣的作用物件+線性運算,將得到乙個線性空間。

至於所謂積分變換,是指:

,其中

稱為積分變換的核。它相當於是線性代數中的

。我們將傅利葉變換記為

,現在來討論一些性質。

1.微分定理 i(關於原函式的微分定理)

由於函式滿足絕對可積,

在無窮遠處取

。所以:

記為:

2.微分定理 ii(關於象函式的微分定理)

由於 ,我們取微分:

故:3.積分定理

根據微分定理 i,原函式求導後再進行傅利葉變換,實際上就是原函式的象函式乘以因子

。所以反過來,原函式積分後進行傅利葉變換,就是原函式的象函式除以因子

。即:

,其中

取任意實數。

4.位移定理

所謂「位移」,體現在自變數上就是將

換為 ,令

即:5.卷積定理(關於卷積的傅利葉變換)

將卷積記為 「

」,所謂「卷積」指的是

過程有些繁瑣,但原理很簡單。

涉及兩個積分號,只需要將內部的積分號轉化為

或 的象函式

或者 。然後再使外面的積分號轉化為另乙個象函式。

所以:

在解微分方程方面的應用,傅利葉變換將被拉普拉斯變換取代,但對於某一些方程,傅利葉變換要方便一些。值得注意的是,使用傅利葉變換解微分方程,自變數必須滿足定義在

這個條件。

不論是拉普拉斯變換還是傅利葉變換,它們都是把微分方程轉化為代數方程求解的,十分方便。

1.對於微分方程

求解。

對方程兩端取傅利葉變換:

反變換:

再舉乙個量子力學的例子:

2.粒子在

函式勢:

中運動,求束縛態情況

的本徵方程。

由於是束縛態本徵方程,直接寫出定態薛丁格方程:

,其中

、是待定係數,有:

, 對定態薛丁格方程兩邊進行傅利葉變換:

解得:

進行傅利葉逆變換:

由於該波函式一般具有如下形式:

,所以

有: ,而本徵能量為

這說明系統只存在一種束縛態,不論勢的強度

如何。最後利用歸一化條件:

所以歸一化的本徵函式為:

dtft變換的性質 傅利葉變換(一) 傅利葉級數

開的這個坑大概就是寫寫從另乙個視角來看快速離散傅利葉變換fft。oi當中常見的fft的推導方法是從多項式乘法出發,作為多項式乘法的優化演算法出現,關於多項式的相關理論詳見miskcoo大佬的blog從多項式乘法到快速傅利葉變換 miskcoo s space,寫的十分詳細。在這個專題下,將會依次講解...

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