人人都能看懂的對「傅立葉級數」非常直觀的描述

2021-01-10 電子通信和數學

學過信號處理的夥伴,是否還記得傅立葉這三個字在學習資料中隨處可見,其應用影響深遠。

從天體運行的規律出發,地球 月亮 太陽 三者的運動

地球和月亮看作質點,他們的運行軌跡就是

上述地球 月亮太陽三者的的運動規律,就包含著傅立葉級數最基本的含義

先看一個單一的正弦函數的運動軌跡,右邊是在坐標軸上的圖示

再加一個圓,兩個圓的合成運動圖示

再增加一個圓,三個圓的合成運動圖示

5個圓的合成運動圖示:

疊加的圓越多,圖形越穩定真實。

前面已經介紹圓上的旋轉就是:

運行半圈就是:

3是頻頻,3t就是旋轉的圈數,4是運動的振幅,

如果用複數表示就是:

運行一圈的面積:

就可以得到上面所說的圓的合成運動公式:

寫成通用的格式就是:

化簡乘以其中一個負的指數冪

積分:

就得到傅立葉指數情況下的係數:

簡單明了,夥伴們是不是很直觀。

相關焦點

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    三角級數的概念:周期現象的數學描述就是周期函數簡諧振動:y=Asin(ωt+φ)複雜周期函數:n個簡諧振動的疊加三角函數項級數:A0+ΣAnsin(nωt+φn) n:1->∞若 A0+ΣAnsin(nωt+φn) n:1->∞ 收斂,則它描述的是更為一般的周期運動現象三角級數
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    ;另一方面則在於藉由級數表示可以給出周期信號的頻譜(離散線狀譜)的概念,這個概念開闢了在頻率域認識信號的新的角度(之前我們對一個信號的直觀認識往往停留在它的時域波形上)。三種傅立葉級數表示形式對於連續時間周期信號的傅立葉級數,在「高數」課程中已經做過討論,基本的結論就是:只要一個周期函數在一個周期上可積,那麼我們總可以由這個周期函數作出一個三角級數,在滿足一定條件的情況下,該級數收斂,並且收斂於這個周期函數。這個三角級數就被稱為該周期函數的傅立葉級數。
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    至於直觀演示傅立葉級數如何趨向於f(x),網絡上就有很多視頻和動圖,在此不多費口舌,僅展示這樣一條曲線:        直觀的分析已經使我們對無窮傅立葉級數的收斂問題有了基本的認識。狄利克雷也是在這樣的基礎上提出了著名的狄利克雷條件:        1、所給函數f(x)是逐段連續的,它在區間(0,2pi)上只有有限個第一類間斷點(指左極限及右極限都存在)。        2、f(x)只有有限個極大值與極小值。
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    我們現在來確定如下圖波形的傅立葉級數。來獲得它的振幅和相位譜。下圖是一個周期性的方波我們的目標是得到傅立葉係數a0 an和bn,首先,我們將波形描述為圖中可知f (t) = f (t + t),因為t = 2,ω0 = = 2π∕t =π。
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    你還不知道傅立葉級數嗎?你以為傅立葉和泰勒有什麼親戚關係嗎?你一定聽說過傅立葉展開和泰勒展開吧?展開的結果就是傅立葉級數和泰勒級數。他們是對一個函數的不同的【展開】方法。【相信我,傅立葉分解其實巨簡單!】【但是最開始的問題一定是:我們為什麼要展開一個函數????!!!!!一個函數:y=1 他的泰勒展開是神馬?還是y=1。
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    因為,傅立葉變換的定義非常唬人:傅立葉變換定義式唬人是啥意思呢?「唬」其實是多音字,不僅讀hu,還尼瑪能讀xia(也不知這是誰定的):什麼是三角級數我在之前一篇文章「泰勒為何展開」介紹了「泰勒級數」。「泰勒級數」是一種「冪級數」,就是把一個函數,「拆解成一堆」關於x的加減乘除運算:
  • 傅立葉級數與吉布斯現象的進一步理解 中國海洋大學2019年信號與系統真題
    本期講兩個點:一:傅立葉級數與吉布斯現象的進一步理解有同學說傅立葉級數有什麼更直觀的理解嗎,筆者想了很久,決定通過用matlab仿真去直觀理解。拿這篇文章中的方波來講兩個經典題的解答。接下來筆者繼續驗證了非常重要的現象——吉布斯現象,就是當諧波數趨近於∞時,在間斷點處任然有9%的偏差,導致波形不能完全重合。本科時只是在課堂中聽老師講過,而未仿真。