Преобразование Фурье

, (1.1)

. (1.2)

Свертка функций

, (1.22)

где выполнена замена аргумента с параметрами

, ; , ; ,

и использовано

.

Физический смысл свертки для линейного и стационарного преобразователя сигналов

f₁(t') – входящий сигнал (например, ЭДС) в момент t',

f₂(t) – выходящий сигнал (например, ток) в момент t.

Выполняются:

1) принцип суперпозиции – входящие сигналы для разных моментов времени преобразуются независимо, не влияя друг на друга, поэтому преобразование линейное;

2) принцип причинности – если входящий сигнал включается в момент t', то выходящий сигнал отсутствует при более ранних временах t < t';

3) принцип однородности – реакция преобразователя в момент t на сигнал, поступивший в момент t', не изменяется при сдвиге начала отсчета времени, поэтому реакция зависит от (t – t'). Однородность по времени выполняется для стационарного преобразователя с постоянными параметрами.

Принципам удовлетворяет свертка

,

где

– функция Грина – реакция преобразователя на импульсный входящий сигнал;

– функция включения;

– аппаратная функция.

Выходящий сигнал линейного стационарного преобразователя является сверткой входящего сигнала и функции Грина преобразователя.

Теорема о свертке – фурье-образ свертки функций равен произведению их фурье-образов

. (1.24)

Доказательство:

.

Под интегралом сделана замена , и учтено

.

Выполняется

. (1.25)

Доказательство:

.

Под интегралом сделана замена .

Теорема о произведении – фурье-образ произведения функций равен свертке их фурье-образов

,

. (1.26)

Для доказательства (1.26) выполняем фурье-преобразование (1.25)

и используем интегральную теорему (1.20)

.

Дифференцирование

. (1.35)

Доказательство:

Используем

, (1.2)

получаем

.

Сравнение результата с (1.2) дает (1.35).

Умножение функции на

,

. (1.37)

Доказательство:

Используем

, (1.1)

получаем

.

Сравнение результата с (1.1) дает (1.37).

Преобразование периодических функций

Фурье-спектр функции с периодом L получается путем разложения изучаемой функции по базису гармонических функций с периодами , где Спектр периодической функции дискретный.

Базисы периодических функций

При используем

,

где учтено

,

Получаем базисы

, , ;

: , , ;

: , , ;

Вещественные периодические базисы

, ;

, ,

Ортонормированность базисов

, :

.

, :

, (1.43)

, .

, ,

. (1.45)

, ,

. (1.46)

Преобразование Фурье комплексной функции с периодом L

Используем ортонормированный базис

.

Разложение по базису является рядом Фурье

. (1.48)

Ищем коэффициенты , выполняя

.

Учитывая (1.43)

и переобозначая , получаем

. (1.49)

Дискретный спектр

. (1.47)

Подстановка (1.47)

. (1.2)

дает (1.48)

.