tut的傅里叶变换推导
傅里叶变换是一种将一个函数从时域转换到频域的数学工具。它可以将一个函数表示为一系列正弦和余弦函数的和,从而提供了一种分析信号频谱的方法。
傅里叶变换的推导可以通过以下步骤进行:
1. 假设我们有一个函数f(t),它在时域上是连续的。
2. 我们可以将f(t)表示为一系列正弦和余弦函数的和,即:
f(t) = A0 + Σ(Ak * cos(kωt) + Bk * sin(kωt))
其中,A0是直流分量,Ak和Bk是频率为kω的正弦和余弦分量的振幅。
3. 我们可以使用欧拉公式将正弦和余弦函数转换为复指数形式:
cos(kωt) = (e^(ikωt) + e^(-ikωt)) / 2
sin(kωt) = (e^(ikωt) - e^(-ikωt)) / (2i)
4. 将上述公式代入f(t)的表达式中,得到:
f(t) = A0 + Σ((Ak + iBk) * e^(ikωt) + (Ak - iBk) * e^(-ikωt)) / 2
5. 我们可以将f(t)表示为复指数形式的和:
f(t) = Σ(Ck * e^(ikωt))
其中,Ck = (Ak + iBk) / 2 是频率为kω的复振幅。
6. 傅里叶变换将函数f(t)从时域转换到频域,得到函数F(ω),即:
F(ω) = ∫[f(t) * e^(-iωt)] dt
其中,∫表示积分运算。
7. 将f(t)的表达式代入傅里叶变换公式中,得到:
F(ω) = ∫[Σ(Ck * e^(ikωt)) * e^(-iωt)] dt
8. 由于积分和求和可以交换顺序,我们可以将求和符号移到积分符号外面,得到:
F(ω) = Σ[Ck * ∫(e^(ikωt) * e^(-iωt)) dt]
9. 根据欧拉公式,e^(ikωt) * e^(-iωt) = e^(i(k-1)ωt)。因此,上述积分的结果为:
∫(e^(ikωt) * e^(-iωt)) dt = 2π * δ(k-1)
其中,δ(k-1)是Dirac Delta函数,当k-1=0时为1,否则为0。
10. 将上述结果代入傅里叶变换公式中,得到:
F(ω) = Σ[Ck * 2π * δ(k-1)]
11. 由于δ(k-1)只在k=1时为非零,因此上述求和只有一项,即:
F(ω) = C1 * 2π
12. 最终,我们得到了傅里叶变换的结果:
F(ω) = C1 * 2π
其中,C1是频率为ω的复振幅。
这就是傅里叶变换的推导过程。通过傅里叶变换,我们可以将一个函数从时域转换到频域,从而分析信号的频谱特性。
