解讀「傅立葉變換」公式最直觀的來源

2020-12-04 電子通信和數學

前一篇文章說明了傅立葉變換形象直觀的原理,根據所述的原理來得出他直觀的變換公式:

注意需要結合前一篇文章來理解。

前幾篇文章已經說明歐拉公式代表著一種旋轉運動,那肯定是複平面上進行,這樣才能表現的更加具體。例如單位圓上

等於π是時,旋轉180度後等於-1

當1圈/秒旋轉時,那在任意t時刻旋轉的路線就是2πt,因為一圈的周長是2π,在單位圓上表示出來任意時刻的位置就是e^(2πit)

如果我的旋轉頻率是f,那t時刻旋轉的圈數就是tf,任意t時刻旋轉的路線就是2πtf,在單位圓上表示出來任意時刻位置就是e^(2πift)

還記得前面所說箭頭向量代表著任意時刻的振幅麼,且是順時針旋轉,所以代表旋轉的完整格式就是g(t)e^(-2πift),這個很好理解,它就是纏繞在圓上的花瓣的公式。如圖

因為g(t)e^(-2πift)只是代表任意時刻的位置,且每個頻率下圓上纏繞的花瓣數量不同,所以每個頻率下計算的振幅(質心)肯定是一圈的上的平均值,將圓上的花瓣分成無數等分,就得到如圖所示的表示方式。

細分的越小(微元),值越精確,我們根據積分黎曼和原理:

所以得到傅立葉變換的最終形式。

最後再解釋下,指數項代表著旋轉:

指數函數乘以函數g(t)就代表著一個纏繞圖像位置的描述

然後積分就代表在頻域範圍內對纏繞圖形的更加精確的描述

如圖時域到頻域的轉換模型圖:都包含在我們剛才建立的公式中

以上就是對傅立葉變換公式的推導與原理描述。

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