第一講:另類視野下的形象直觀的傅立葉變換

2020-12-23 電子通信和數學

我們通過基本的三角法則,並使用歐拉公式,可以對傅立葉級數進行擴展和延伸

我們將傅立葉變換公式進行替換後,就變成了如下的樣式:虛部和實部兩部分積分:

我們如何直觀的理解這個方程式呢?此時的方程式為,函數乘以一個餘弦和正弦曲線,在任意角頻率下,找到兩條曲線下的面積,積分會告訴我們哪些區域代表實部和虛部

角頻率會改變振幅和相位,進一步完成整個傅立葉變換,所以可以將實部和虛部表示成一個直角三角形,

上述的的直角三角形更像是在描述一個單位圓,不同的ω,導致直角邊或正或負,相位角也會隨之而改變

舉一個例子進步來說明,如下是一個矩形函數,我們可以更加直觀的理解傅立葉變換的原理

我們都很熟悉矩形波的傅立葉變換圖譜,看他們是如何對應起來的

我們從3t開始,即3t的正弦和3t的餘弦

除了這些區域外,我們的矩形函數都是0,將方程式相乘會使我們得到相同的結果,從側面將其切掉

右側圖的面積是0,左邊面積大約是0.66,根據勾股定理,結果就是0.66,所以對應的傅立葉變換大小就是0.66

同樣的原理,我們不斷變換ω,並跟蹤相關區域面積的變化,你就會獲得整個傅立葉變換的幅值

注意,右邊圖的的面積總是0,且關於Y軸對稱,因為有正負區域

特別注意傅立葉變換告訴我們兩個有意思的點:ω=0時,左側區域面積等於1,右側等於0,所以對應的傅立葉變換坐標值等於1

在傅立葉變換坐標值等於1時,你可以大致看到原始曲線的區域,即矩形函數及其下面的區域

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