Fourier dönüşümü

testwiki sitesinden
10.55, 14 Aralık 2024 tarihinde imported>İmmortalance tarafından oluşturulmuş 305 numaralı sürüm (yazım, imla ve genel dz., yazış şekli: r,t → r, t (2), n . → n.)
(fark) ← Önceki sürüm | Güncel sürüm (fark) | Sonraki sürüm → (fark)
Gezinti kısmına atla Arama kısmına atla

Şablon:Diğer anlamı2 Fourier dönüşümü, fizik, mühendislik ve matematikte, bir fonksiyonu, içerdiği frekansların belirtildiği bir biçime dönüştüren bir integral dönüşümüdür. Dönüşümün çıktısı, frekansa bağlı karmaşık değerli bir fonksiyondur. "Fourier dönüşümü" terimi, hem bu karmaşık değerli fonksiyon için hem de buna karşılık gelen matematiksel operasyon için kullanılmaktadır. Bu ayrımın netleştirilmesi gerektiğinde, Fourier dönüşümü bazen orijinal fonksiyonun frekans uzayında temsili olarak adlandırılır. Fourier dönüşümü, bir müzik akorunun sesini, onu oluşturan tonlara ayrıştırmaya benzer.[1]

Fourier dönüşümü, sürekli ve ayrık olarak ikiye ayrılabilir. İki dönüşüm de bir nesneyi ortogonal iki uzay arasında eşler. Sürekli nesneler için dönüşüm:

F(k)=12πf(x)eikxdx ve
f(x)=12πF(k)eikxdk

şeklinde verilir. Yukarıdaki dönüşümde görüleceği üzere x uzayındaki bir nesne k uzayında tanımlanmıştır. Bu dönüşüm diferansiyel denklemlerin çözümünde çok büyük rahatlık sağlar zira bu dönüşüm sayesinde x uzayındaki diferansiyel denklemler k uzayında lineer denklemler olarak ifade edilirler. K uzayında bu denklemin çözümü bulunduktan sonra ters dönüşümle x uzayındaki karşılığı elde edilir ki bu diferansiyel denklemin çözümüdür. Birinci dönüşümdeki ifade ikinci dönüşümde yerine oturtularak,

f(x)=12π(12πf(x)eikxdx)eikxdk,
f(x)=12π(eik(xx)dk)f(x)dx

ifadesine ulaşılır. Parantez içindeki ifadenin 2πδ(xx) olduğu görülebilir. Anlaşıldığı üzere f(x)F(k) eşlemesine Fourier Dönüşümü, F(k)f(x) eşlemesine de Ters Fourier Dönüşümü denir ve bu eşlemeler (mapping) yapılırken baş harfleri büyük yazılarak gösterilir (FD ve TFD). Parantez içindeki ifadenin Delta fonksiyonunun temsili olması ise açıkça bir düz ve bir ters Fourier dönüşümü yapılan bir ifadenin kendine eşit olmasından kaynaklanır. Dönüşüm uzayları keyfi seçilebilir ancak fizikte, konum uzayından momentum uzayına ve zaman uzayından enerji uzayına De Broglie-Einstein denklemleriyle geçişler tanımlanmıştır.

Giriş

Örnek

Aşağıdaki görüntülerde Fourier dönüşümünün veren bir görsel ilüstrasyon sağlama ölçümü olan bir frekans bir özel fonksiyon içinde mevcuttur. Fonksiyon f(t) = cos(6πt) e−πt2 3 hertz'te salınım göstermektedir (eğer t ölçüsü saniyeler ise) ve 0 a doğru hızla gitme eğilimdedir. (bu denklem içinde saniye faktörü bir zarf fonksiyonu ve bir kısa vuruş içinde sürekli sinüzoidal şekillerdir. Bunun genel formu bir Gauss fonksiyonudur). Bu fonksiyon özel seçilmiş idi var olan bir gerçek Fourier dönüşümü için kolayca çizilebilir. İlk görüntü bu grafı içerir. f^(3) hesaplamak için sırayla e−2πi(3t)f(t) integrali olmalıdır. İkinci görüntü bu fonksiyonun gerçel ve sanal kısımlarını gösterir. İntegrand'ın gerçel kısmı hemen hemen her zaman pozitif, çünkü eğer f(t) negatif ise, e−2πi(3t)'nin gerçek kısmı da negatiftir. Çünkü bu aynı kesirde salınıyorsa eğer f(t) pozitif ise, böylece e−2πi(3t)'nin gerçel kısmıdır. Sonuç olarak eğer integrandın gerçek kısım integrali ise bir göreceli büyük sayı alıyorsunuz (0.5 durumu içinde). Diğer taraftan, eğer bir frekans ölçüsü için deniyorsanız bu mevcut değildir,f^(5) da gördüğümüz durumu içindeki gibi yeterince salınan integrand gibi integral çok küçüktür. Genel durum bundan bir parça daha karışık olabilir, ama bu ruh içinde bir tek frekansın o kadar çok ölçüsü Fourier dönüşümü ve bir fonksiyon f(t) içinde mevcuttur.

Temel özellikler

Fourier dönüşümünün temel özellikleri aşağıdadır: Şablon:Harvard alıntı.

Doğrusallık
Herhangi karmaşık sayılar a ve b için, eğer h(x)=af(x)+bg(x), ise  h^(ξ)=af^(ξ)+bg^(ξ).
Öteleme
Herhangi gerçek sayı x0 için, eğer  h(x)=f(xx0),  ise  h^(ξ)=ei2πx0ξf^(ξ).
Modülasyon
Herhangi gerçek sayı ξ0 için eğer h(x)=ei2πxξ0f(x), ise  h^(ξ)=f^(ξξ0).
Ölçekleme
bir sıfır-dışı gerçek sayılar a için, eğer h(x) = f(ax), ise  h^(ξ)=1|a|f^(ξa).     Durum a = −1 zaman-ters özellik için yer alır, bu durum: eğer h(x) = f(−x), ise h^(ξ)=f^(ξ).
Birleşim
Eğer  h(x)=f(x),  then  h^(ξ)=f^(ξ).
Özel olarak, eğer f gerçek ve tek gerçeklik durumu var ise  f^(ξ)=f^(ξ)., şöyle ki, f^ bir Hermisyen fonksiyondur.
Ve eğer f saf sanal, ise  f^(ξ)=f^(ξ).
İntegrasyon
ξ=0 Yerine koyma tanımı içinde, elde edilen
f^(0)=f(x)dx

İşte böyle, başlangıç noktası içinde Fourier dönüşümünün evrimi (ξ=0) tüm domenin üzerinde tüm f in integralinin eşitidir.

Önemli Fourier dönüşümlerinin tabloları

Aşağıdaki tablolar, bir kapalı bir şekilde Fourier dönüşümleri kaydedebilir.f(x), g(x) ve h(x) fonksiyonlar için burada f^ ile Fourier dönüşümü, sırasıyla g^ ve h^ ile ifade edilir. Sadece en yaygın üç kural dahildir. Bu, bu giriş 105 Fourier Fourier dönüşümü ile ve ters olarak düşünülebilir bir fonksiyonun ve orijinal fonksiyonunun dönüşümü arasında bir ilişki veren fark için yararlı olabilir.

Fonksiyonel ilişkiler

Bu tabloda Fourier dönüşümleri bulunabilir Şablon:Harvard alıntı veya Şablon:Harvard alıntı.

Fonksiyon Fourier dönüşümü
birim, sıradan frekans
Fourier dönüşümü
birim, açısal frekans
Fourier dönüşümü
birim-olmayan, açısal frekans
Açıklamalar
f(x) f^(ξ)=

f(x)e2πixξdx

f^(ω)=

12πf(x)eiωxdx

f^(ν)=

f(x)eiνxdx

Tanım
101 af(x)+bg(x) af^(ξ)+bg^(ξ) af^(ω)+bg^(ω) af^(ν)+bg^(ν) Doğrusallık
102 f(xa) e2πiaξf^(ξ) eiaωf^(ω) eiaνf^(ν) Zaman domeni içinde kayma
103 e2πiaxf(x) f^(ξa) f^(ω2πa) f^(ν2πa) Frekans domeni içinde kayma, 102'nin çifti
104 f(ax) 1|a|f^(ξa) 1|a|f^(ωa) 1|a|f^(νa) zaman domeninde ölçekleme. Eğer |a| is büyük ise f(ax) 0 çevresinde yoğunlaşmıştır ve 1|a|f^(ωa) yayılır ve düzleşir.
105 f^(x) f(ξ) f(ω) 2πf(ν) ikilik.Burada f^ Fourier dönüşümü sütunu olarak aynı yöntem kullanılarak hesaplanması gerekmektedir.

x ve ξ veya ω veya ν'ın "yapay" değişkenleri değiştirme sonuçları.

106 dnf(x)dxn (2πiξ)nf^(ξ) (iω)nf^(ω) (iν)nf^(ν)
107 xnf(x) (i2π)ndnf^(ξ)dξn indnf^(ω)dωn indnf^(ν)dνn Bu 106'nın çiftidir
108 (f*g)(x) f^(ξ)g^(ξ) 2πf^(ω)g^(ω) f^(ν)g^(ν) f*g gösterimi f ve g'in evrişimidir- bu kural evrişim teoremidir
109 f(x)g(x) (f^*g^)(ξ) (f^*g^)(ω)2π 12π(f^*g^)(ν) Bu 108'in çiftidir
110 f(x) için saf gerçek f^(ξ)=f^(ξ) f^(ω)=f^(ω) f^(ν)=f^(ν) Hermisyen simetridir. z karmaşık eşleniklerine ayrılır.
111 f(x) için bir saf gerçek çift fonksiyon f^(ω), f^(ξ) ve f^(ν) saf gerçek çift fonksiyondur.
112 f(x) için bir saf gerçek tek fonksiyon f^(ω), f^(ξ) ve f^(ν) saf sanal tek fonksiyonlar.
113 f(x) f^(ξ) f^(ω) f^(ν) Karmaşık eşlenik, 110'un genellemesi

Kare-integrallenebilir fonksiyonlar

bu tablo içinde Fourier dönüşümleri Şablon:Harvard alıntı içinde bulunabilir, Şablon:Harvard alıntı veya Şablon:Harvard alıntı in eki.

Fonksiyon Fourier dönüşümü
birim, sıradan frekans
Fourier dönüşümü
birim, açısal frekans
Fourier dönüşümü
birim-olmayan, açısal frekans
Açıklamalar
f(x) f^(ξ)=

f(x)e2πixξdx

f^(ω)=

12πf(x)eiωxdx

f^(ν)=

f(x)eiνxdx

Şablon:Çengel 201 rect(ax) 1|a|sinc(ξa) 12πa2sinc(ω2πa) 1|a|sinc(ν2πa) dörtgen uyarı ve normalleştirilmiş sinc fonksiyon, burada sinc(x) = sin(πx)/(πx) olarak tanımlanır
202 sinc(ax) 1|a|rect(ξa) 12πa2rect(ω2πa) 1|a|rect(ν2πa) kural 201'in çifti dörtgen fonksiyon bir ideal alçak-geçiren filtredir ve sinc fonksiyon gibi bir filtrenin nedensel-olmayan uyarı yanıtıdır.sinc fonksiyon burada sinc(x) = sin(πx)/(πx) olarak tanımlanır
203 sinc2(ax) 1|a|tri(ξa) 12πa2tri(ω2πa) 1|a|tri(ν2πa) tri(x) fonksiyon üçgen fonksiyondur
204 tri(ax) 1|a|sinc2(ξa) 12πa2sinc2(ω2πa) 1|a|sinc2(ν2πa) kural 203'ün ikilisi.
205 eaxu(x) 1a+2πiξ 12π(a+iω) 1a+iν u(x) fonksiyonu Heaviside birim basamak fonksiyon ve a>0.
206 eαx2 παe(πξ)2α 12αeω24α παeν24α Bu üniter Fourier dönüşümleri için, Gauss fonksiyonu exp(−αx2), kendi Fourier αnın bazı seçimleri için dönüşüm olduğunu gösterir. Bu İntegrallenebilir olması için biz Re(α)>0 olmalıdır.
207 ea|x| 2aa2+4π2ξ2 2πaa2+ω2 2aa2+ν2 a>0 için. Bu, bir bozunmuş üstel fonksiyonun Fourier dönüşümü bir Lorentzyen fonksiyondur.
208 sech(ax) πasech(π2aξ) 1aπ2sech(π2aω) πasech(π2aν) Hiperbolik sekant Fourier dönüşümünün kendisidir
209 ea2x22Hn(ax) 2π(i)na

  e2π2ξ2a2Hn(2πξa)

(i)na

  eω22a2Hn(ωa)

(i)n2πa

  eν22a2Hn(νa)

Hn Hermit polinomudur. Eğer a = 1 ise Gauss-Hermit fonksiyonları Fourier dönüşüm işlemcisinin özfonksiyonudur.Bir türev için, bakınız Hermit polinomu. Formül n = 0 için 206'ya indirgenir.

Dağılımlar

Fourier dönüşümleri bu tablo (Şablon:Harvard alıntı) içinde bulunabilir veya Şablon:Harvard alıntı in eki.

Fonksiyon Fourier dönüşümü
birim, sıradan frekans
Fourier dönüşümü
birim, açısal frekans
Fourier dönüşümü
birim-olmayan, açısal frekans
Açıklamalar
f(x) f^(ξ)=

f(x)e2πixξdx

f^(ω)=

12πf(x)eiωxdx

f^(ν)=

f(x)eiνxdx

301 1 δ(ξ) 2πδ(ω) 2πδ(ν) δ(ξ) dağılımı Dirac delta fonksiyonu'nu ifade eder.
302 δ(x) 1 12π 1 301'in kural ikizi.
303 eiax δ(ξa2π) 2πδ(ωa) 2πδ(νa) Bunu 103 ve 301'den izleyin
304 cos(ax) δ(ξa2π)+δ(ξ+a2π)2 2πδ(ωa)+δ(ω+a)2 π(δ(νa)+δ(ν+a)) 101 ve 303 kuralından aşağıda Euler formülü kullanılıyor:cos(ax)=

(eiax+eiax)/2.

305 sin(ax) δ(ξa2π)δ(ξ+a2π)2i 2πδ(ωa)δ(ω+a)2i iπ(δ(νa)δ(ν+a)) 101 ve 303 kuralından aşağıdasin(ax)=

(eiaxeiax)/(2i).kullanılıyor

306 cos(ax2) πacos(π2ξ2aπ4) 12acos(ω24aπ4) πacos(ν24aπ4)
307 sin(ax2) πasin(π2ξ2aπ4) 12asin(ω24aπ4) πasin(ν24aπ4)
308 xn (i2π)nδ(n)(ξ) in2πδ(n)(ω) 2πinδ(n)(ν) Burada, n bir doğal sayılar sicimi δ(n)(ξ) Dirac delta fonksiyonunun türevinin n-inci dağılımıdır. Bu kural 107 ve 301 kuralından izlenir.Bu 101 ile kombine ediliyor, tüm polinomlar dönüştürülbilir.
309 1x iπsgn(ξ) iπ2sgn(ω) iπsgn(ν) Burada sgn(ξ) işaret fonksiyonudur. Unutmadan 1/x bir dağılım değildir.Bu fonksiyonların üyelerini test ediyor ise Cauchy temel değeri kullanmak için gereklidir.Bu kural Hilbert dönüşümüçalışmalarında kullanılıyor
310 1xn:=

(1)n1(n1)!dndxnlog|x|

iπ(2πiξ)n1(n1)!sgn(ξ) iπ2(iω)n1(n1)!sgn(ω) iπ(iν)n1(n1)!sgn(ν) 1/xn homojen dağılım ve (1)n1(n1)!dndxnlog|x| dağılımsal türev ile tanımlanır
311 |x|α 2sin(πα/2)Γ(α+1)|2πξ|α+1 22πsin(πα/2)Γ(α+1)|ω|α+1 2sin(πα/2)Γ(α+1)|ν|α+1 Bu formül 0 > α > −1 için değerlidir.α > 0 için başlangıçtan ortaya çıkan bazı tekil terimler bu 318 türevi ile bulunabilir. Eğer Re α > −1,ise |x|α bir yerel integrallenebilir fonksiyondur ve gibi bir katkılı dağılım.Fonksiyon α|x|αkatkılı dağılımın uzayına sağ yarı düzlemden bir holomorf fonksiyondur. Bu bir katkılı dağılıma bir benzersiz meromorfik uzantı kabul ediliyor, ayrıca |x|α için α ≠ −2, −4, ... ile ifade edilir (bakınız homojen dağılım.)
312 sgn(x) 1iπξ 2π1iω 2iν 309 kuralının ikizidir. Ve yine Cauchy temel değeri olarak düşünüldüğünde gerekli olan Fourier dönüşümüdür,.
313 u(x) 12(1iπξ+δ(ξ)) π2(1iπω+δ(ω)) π(1iπν+δ(ν)) u(x) fonksiyonu Heaviside birim basamak fonksiyonudur; 101, 301 ve 312 kurallarından bunu izleyin.
314 n=δ(xnT) 1Tk=δ(ξkT) 2πTk=δ(ω2πkT) 2πTk=δ(ν2πkT) Bu fonksiyon Dirac comb fonksiyonu olanarak bilinir. Bu, dağılımlar ile birlikte n=einx= 2πk=δ(x+2πk) olarak aslında 302 ve 102 den elde edilebilir sonuçtur
315 J0(x) 2rect(πξ)14π2ξ2 2πrect(ω2)1ω2 2rect(ν2)1ν2 J0(x) fonksiyonu sıfırıncı dereceden birinci türün Bessel fonksiyonudur
316 Jn(x) 2(i)nTn(2πξ)rect(πξ)14π2ξ2 2π(i)nTn(ω)rect(ω2)1ω2 2(i)nTn(ν)rect(ν2)1ν2 Bu 315'in genellemesidir.Fonksiyon Jn(x) n-inci dereceden Besselbirinci türün Bessel fonksiyonudur.Fonksiyon Tn(x) birinci türün Chebyshev polinomudur
317 log|x| 121|ξ|γδ(ξ) π/2|ω|2πγδ(ω) π|ν|2πγδ(ν) γ Euler–Mascheroni sabitidir.
318 (ix)α (2π)αΓ(α)u(±ξ)(±ξ)α1 2πΓ(α)u(±ω)(±ω)α1 2πΓ(α)u(±ν)(±ν)α1 Bu formül 1 > α > 0 için değerdir. Yüksek üsteller için türev formülüne kullanılan diferansiyasyondur.u Heaviside fonksiyonudur.

İki-boyutlu fonksiyonlar

Fonksiyon Fourier dönüşümü
birim, sıradan frekans
Fourier dönüşümü
birim, açısal frekans
Fourier dönüşümü
birim-olmayan, açısal frekans
400 f(x,y) f^(ξx,ξy)=

f(x,y)e2πi(ξxx+ξyy)dxdy

f^(ωx,ωy)=

12πf(x,y)ei(ωxx+ωyy)dxdy

f^(νx,νy)=

f(x,y)ei(νxx+νyy)dxdy

401 eπ(a2x2+b2y2) 1|ab|eπ(ξx2/a2+ξy2/b2) 12π|ab|e(ωx2/a2+ωy2/b2)4π 1|ab|e(νx2/a2+νy2/b2)4π
402 circ(x2+y2) J1(2πξx2+ξy2)ξx2+ξy2 J1(ωx2+ωy2)ωx2+ωy2 2πJ1(νx2+νy2)νx2+νy2
Açıklamalar

400 için: Değişkenler ξx, ξy, ωx, ωy, νx ve νy gerçek sayılardır. Integraller tüm düzlem üzerinde alınır.

401 için: Her iki fonksiyon birim hacmine sahip olmayabilen Gauss vardır.

402 için: Fonksiyon circ(r)=1 0≤r≤1 ile tanımlanır ve 0 diğerleridir. Bu Airy dağılımıdır ve J1 bağıntısı kullanılır (ilk tür'ün derece 1 Bessel fonksiyonu). Şablon:Harvard alıntı

Genel n-boyutlu fonksiyonlar için formüller

Fonksiyon Fourier dönüşümü
birim, sıradan frekans
Fourier dönüşümü
birim, açısal frekans
Fourier dönüşümü
birim olmayan, açısal frekans
500 f(𝐱) f^(ξ)=

𝐑nf(𝐱)e2πi𝐱ξdn𝐱

f^(ω)=

1(2π)n/2𝐑nf(𝐱)eiω𝐱dn𝐱

f^(ν)=

𝐑nf(𝐱)ei𝐱νdn𝐱

501 χ[0,1](|𝐱|)(1|𝐱|2)δ πδΓ(δ+1)|ξ|n/2δ
×Jn/2+δ(2π|ξ|)
2δΓ(δ+1)|ω|n/2δ
×Jn/2+δ(|ω|)
πδΓ(δ+1)|ν2π|n/2δ
×Jn/2+δ(|ν|)
502 |𝐱|α,0<Reα<n. cα|ξ|(nα)
503 1σ(2π)n/2e12𝐱TσTσ1𝐱 e12νTσσTν
504 e2πα|𝐱| cnα(α2+|ξ|2)(n+1)/2
Açıklamalar

501 için: Fonksiyon Şablon:Kayma aralığının gösterge işlevi Şablon:Kayma. Fonksiyonu Γ(x) gama fonksiyonudur. Şablon:Kayma fonksiyonu için Şablon:Kayma ile, birinci tür bir Bessel işlevidir.Şablon:Kayma alınması ve Şablon:Kayma 402 üretir. Şablon:Harvard alıntı

502 için: Riesz potansiyeline bakınız. Formül Analitik devamlılığı ile tüm Şablon:Kayma için tutar, ama sonra fonksiyonu ve onun Fourier dönüşümlerinin uygun düzenlilestirmeye katkılı dağılımları olarak anlaşılması gerekir - formül aynı zamanda tüm α ≠-n,-n için de geçerlidir. Homojen dağılıma bakın.

503 için: Bu, 0 ortalama ile 1 normalize bir çok değişkenli normal dağılım için formül Bold değişkenler vektörler ve matrislerdir. Anılan sayfa ifadenin ardından,Σ=σσT and Σ1=σTσ1

504 için: Burada cn=Γ((n+1)/2)/π(n+1)/2.BakınızŞablon:Harvard alıntı

Ayrıca bakınız

Şablon:Div sütunu

Şablon:Div sütunu bitiş

Kaynakça

Şablon:Kaynakça

Dış bağlantılar

Şablon:Otorite kontrolü

  1. İngilizce Vikipedi'den çevrilmiştir. 18 Aralık 2023.