한국   대만   중국   일본 
Fourierova ?ada ? Wikipedie P?esko?it na obsah

Fourierova ?ada

Z Wikipedie, otev?ene encyklopedie
Ortogonalni projekce funkce f z Hilbertova prostoru do nadroviny kone?ne dimenze n.

Fourierova ?ada slou?i k aproximaci periodicke funkce ?adou harmonickych funkci sinus a kosinus . Zakladni my?lenka zapisu funkce ve form? uvedene ?ady spo?iva v tzv. ortogonalnim rozkladu funkce v linearnim prostoru funkci po ?astech spojitych na intervalu spolu s definovanym skalarnim sou?inem :

,

tvo?icich tzv. Hilbert?v prostor , kde je doba periody pr?b?hu funkce.

Fourierova ?ada je pojmenovana po francouzskem fyzikovi a matematikovi Josephu Fourierovi .

Ortogonalni rozklad funkce [ editovat | editovat zdroj ]

M?jme linearni podprostor dimenze Hilbertova prostoru nekone?ne dimenze o ortonormalni bazi :

pak pro Euklidovskou vzdalenost funkci a plati:

kde

a

kde jsou sou?adnice vzhledem k , pak m??eme aproximovat funkci nasledujici ?adou:

kde

Fourierova ?ada v goniometrickem tvaru [ editovat | editovat zdroj ]

Mno?ina tvo?i ortonormalni bazi vy?e uvedeneho Hilbertova prostoru nekone?ne dimenze, pak funkci m??eme aproximovat pomoci nasledujici goniometricke ?ady:

kde pro .

Koeficient nema smysl uva?ovat, nebo? .

Pokud se dv? integrovatelne funkce li?i v kone?nem po?tu bod?, tak je jasne, ?e maji stejnou Fourierovu ?adu. Z toho d?vodu nepi?eme mezi funkci a jeji Fourierovou ?adou rovnitko. Pokud je v?ak funkce vybrana z obecn?j?i mno?iny ne? jen z mno?iny integrovatelnych funkci, tak se ji Fourierova ?ada m??e rovnat. Nap?iklad plati nasledujici tvrzeni: pokud je funkce ohrani?ena a po ?astech spojita a ma i ohrani?enou po ?astech spojitou prvni derivaci , tak jeji Fourierova ?ada ma v ka?dem bod? sou?et, a ten je roven aritmetickemu pr?m?ru prave a leve limity teto funkce v tomto bod?. Tedy v bod? spojitosti je to hodnota funkce. Fourierova ?ada spojite funkce nemusi (v n?kterem bod?) v?bec konvergovat.

V praxi se funkce aproximuje kone?nym rozvojem, kde s?itame jen n?kolik prvnich ?len?, ?im? se genericky s nar?stajicim po?tem ?len? zvy?uje p?esnost teto aproximace.

P?iklad [ editovat | editovat zdroj ]

Exponenciala
Suda a licha funkce

M?jme exponencialu zu?en? definovanou na intervalu a vytvo?me z ni sudou a lichou periodickou funkci s periodou na intervalu a uhlovou frekvenci , pak m??eme uvedenou sudou a lichou funkci aproximovat nasledujicimi ?adami:

suda funkce :

kde

licha funkce :

kde

Poznamenejme, ?e Fourierova ?ada sude resp. liche funkce obsahuje pouze ?leny s funkci cosinus resp. sinus.

Fourierova ?ada v exponencialnim tvaru [ editovat | editovat zdroj ]

Z nasledujicich vztah?:


a

dostaneme:

,

tak?e potom m??eme vyjad?it aproximaci funkce pomoci nasledujici exponencialni ?ady:

kde je st?edni hodnota funkce .

Parsevalova rovnost [ editovat | editovat zdroj ]

Nech?

.

Pak plati nasledujici Parsevalova rovnost , vyjad?ujici, ?e efektivni hodnota aproximovane funkce (st?edni hodnota jejiho ?tverce) je rovna sum? kvadrat? koeficient? aproximujici Fourierovy ?ady:

.

Jmeno tomuto tvrzeni dal francouzsky matematik Marc-Antoine Parseval . Pokud levou stranu rovnice interpretujeme jako ?tverec normy funkce , lze Parsevalovu rovnost ?ist jako zobecn?ni Pythagorovy v?ty na nekone?n?rozm?rny prostor funkci.

Fourierova transformace [ editovat | editovat zdroj ]

Ze vztahu doby periody bli?ici se nekone?nu a uhlove frekvence sit?:

lze zavest u?itim limitnich p?echod? spojitou Fourierovu transformaci:

a naopak inverzni spojitou Fourierovu transformaci:

Odkazy [ editovat | editovat zdroj ]

Literatura [ editovat | editovat zdroj ]

BARTSCH, Hans-Jochen. Matematicke vzorce . 4. vyd. Praha: Academia, 1994. 832 s. ISBN   80-200-1448-9 .  

Souvisejici ?lanky [ editovat | editovat zdroj ]

Externi odkazy [ editovat | editovat zdroj ]