Fourier dönüşümü
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:
- ve
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,
- ,
ifadesine ulaşılır. Parantez içindeki ifadenin olduğu görülebilir. Anlaşıldığı üzere eşlemesine Fourier Dönüşümü, 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. 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, 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 , ise
- Öteleme
- Herhangi gerçek sayı x0 için, eğer ise
- Modülasyon
- Herhangi gerçek sayı ξ0 için eğer ise
- Ölçekleme
- bir sıfır-dışı gerçek sayılar a için, eğer h(x) = f(ax), ise Durum a = −1 zaman-ters özellik için yer alır, bu durum: eğer h(x) = f(−x), ise
- Eğer then
- Özel olarak, eğer f gerçek ve tek gerçeklik durumu var ise , şöyle ki, bir Hermisyen fonksiyondur.
- Ve eğer f saf sanal, ise
- İntegrasyon
- Yerine koyma tanımı içinde, elde edilen
İşte böyle, başlangıç noktası içinde Fourier dönüşümünün evrimi () 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 ile Fourier dönüşümü, sırasıyla ve 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 | |
|---|---|---|---|---|---|
|
|
|
|
Tanım | ||
| 101 | Doğrusallık | ||||
| 102 | Zaman domeni içinde kayma | ||||
| 103 | Frekans domeni içinde kayma, 102'nin çifti | ||||
| 104 | zaman domeninde ölçekleme. Eğer is büyük ise 0 çevresinde yoğunlaşmıştır ve yayılır ve düzleşir. | ||||
| 105 | ikilik.Burada Fourier dönüşümü sütunu olarak aynı yöntem kullanılarak hesaplanması gerekmektedir.
ve veya veya 'ın "yapay" değişkenleri değiştirme sonuçları. | ||||
| 106 | |||||
| 107 | Bu 106'nın çiftidir | ||||
| 108 | gösterimi ve 'in evrişimidir- bu kural evrişim teoremidir | ||||
| 109 | Bu 108'in çiftidir | ||||
| 110 | için saf gerçek | Hermisyen simetridir. karmaşık eşleniklerine ayrılır. | |||
| 111 | için bir saf gerçek çift fonksiyon | , ve saf gerçek çift fonksiyondur. | |||
| 112 | için bir saf gerçek tek fonksiyon | , ve saf sanal tek fonksiyonlar. | |||
| 113 | 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 | |
|---|---|---|---|---|---|
|
|
|
|
|||
| Şablon:Çengel 201 | dörtgen uyarı ve normalleştirilmiş sinc fonksiyon, burada sinc(x) = sin(πx)/(πx) olarak tanımlanır | ||||
| 202 | 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 | tri(x) fonksiyon üçgen fonksiyondur | ||||
| 204 | kural 203'ün ikilisi. | ||||
| 205 | u(x) fonksiyonu Heaviside birim basamak fonksiyon ve a>0. | ||||
| 206 | 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 | a>0 için. Bu, bir bozunmuş üstel fonksiyonun Fourier dönüşümü bir Lorentzyen fonksiyondur. | ||||
| 208 | Hiperbolik sekant Fourier dönüşümünün kendisidir | ||||
| 209 |
|
|
|
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 | |
|---|---|---|---|---|---|
|
|
|
|
|||
| 301 | δ(ξ) dağılımı Dirac delta fonksiyonu'nu ifade eder. | ||||
| 302 | 301'in kural ikizi. | ||||
| 303 | Bunu 103 ve 301'den izleyin | ||||
| 304 | 101 ve 303 kuralından aşağıda Euler formülü kullanılıyor:
| ||||
| 305 | 101 ve 303 kuralından aşağıda kullanılıyor | ||||
| 306 | |||||
| 307 | |||||
| 308 | Burada, n bir doğal sayılar sicimi Dirac delta fonksiyonunun türevinin n-inci dağılımıdır. Bu kural 107 ve 301 kuralından izlenir.Bu 101 ile kombine ediliyor, tüm polinomlar dönüştürülbilir. | ||||
| 309 | 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 |
|
1/xn homojen dağılım ve dağılımsal türev ile tanımlanır | |||
| 311 | 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 bir yerel integrallenebilir fonksiyondur ve gibi bir katkılı dağılım.Fonksiyon katkılı dağılımın uzayına sağ yarı düzlemden bir holomorf fonksiyondur. Bu bir katkılı dağılıma bir benzersiz meromorfik uzantı kabul ediliyor, ayrıca için α ≠ −2, −4, ... ile ifade edilir (bakınız homojen dağılım.) | ||||
| 312 | 309 kuralının ikizidir. Ve yine Cauchy temel değeri olarak düşünüldüğünde gerekli olan Fourier dönüşümüdür,. | ||||
| 313 | u(x) fonksiyonu Heaviside birim basamak fonksiyonudur; 101, 301 ve 312 kurallarından bunu izleyin. | ||||
| 314 | Bu fonksiyon Dirac comb fonksiyonu olanarak bilinir. Bu, dağılımlar ile birlikte olarak aslında 302 ve 102 den elde edilebilir sonuçtur | ||||
| 315 | J0(x) fonksiyonu sıfırıncı dereceden birinci türün Bessel fonksiyonudur | ||||
| 316 | Bu 315'in genellemesidir.Fonksiyon Jn(x) n-inci dereceden Besselbirinci türün Bessel fonksiyonudur.Fonksiyon Tn(x) birinci türün Chebyshev polinomudur | ||||
| 317 | Euler–Mascheroni sabitidir. | ||||
| 318 | 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 |
|
|
| |
| 401 | ||||
| 402 |
- 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 |
|
|
| |
| 501 | ||||
| 502 | ||||
| 503 | ||||
| 504 |
- 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, and
504 için: Burada .BakınızŞablon:Harvard alıntı
Ayrıca bakınız
- Matematiksel fonksiyonların listesi
- Ayrık Fourier dönüşümü
- Fourier serisi
- Fraksiyonel fourier dönüşümü
- Dolaylı Fourier dönüşümü
- NGC 4622,NGC 4622 Fourier dönüşümü özellikle görüntü m = 2.
- Z-dönüşümü
Kaynakça
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
- Şablon:Kaynak.
Dış bağlantılar
- ↑ İngilizce Vikipedi'den çevrilmiştir. 18 Aralık 2023.