如何证明傅里叶逆变换? 15

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雪琳恋庚bc76
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证明傅里叶逆变换:



对于非周期函数f(t),可以将它看成是某个周期函数fт(t)当т→+∞时转化而来的。
即:

                                       f(t)= limfт(t)                                         (1)
                                             т→+∞ 


由傅里叶复指数形式可得:

                           +∞ T/2
            f(t)= lim 1/T *∑[∫fт(u)*exp(-inωu)du]*exp(inωt)                                 (2)
                 T→+∞  n=-∞ -T/2


                                         
令ωn=nω(n=0,1,2,…),则有Δωn=ωn+1-ωn=2∏/T(此n是下角标),显然,当т→+∞时,Δωn→0,故(2)式又可以写成

                        +∞  T/2
         f(t)= 1/2∏*lim ∑[∫   fт(u)*exp(-iωnu)du]*exp(iωnt)*Δωn (n是下角

                Δωn→0 n=-∞ -T/2

标)                                                                                     (3)

                    T/2
             Fт(ω)=∫   fт(u)*exp(-iωu)du
                    -T/2

                    +∞
             F(ω)=∫   f(u)*exp(-iωu)du
                    -∞


                             +∞                           
             f(t)= 1/2∏*lim ∑[Fт(ωn)*exp(iωnt)*Δωn (此n都是下角标)         
                     Δωn→0  n=-∞

显然,当Δωn→0时,Fт(ωn)→F(ωn)

从而(此n都是下角标)
                            +∞                                +∞
            f(t)= 1/2∏*lim ∑Fт(ωn)*exp(iωnt)*Δωn= 1/2∏*lim ∑F(ωn)*exp(iωnt )*Δωn     (4)
                    Δωn→0  n=-∞                      Δωn→0 n=-∞

 

分析一下:

首先看一下复变函数积分的定义,如下:
定义:设C为复平面上以A起点B为终点的光滑(或分段光滑)的有向曲线,函数ω=f(z)在C上连续,如果以分点A=z0,z1,z2,...,zn-1,zn=B将曲线C任意分成n个
                                                              n
小弧段,并在每个弧段zn-1zn(k=1,2,...,n)上任取一点ζk,作和式Sn=∑f(ζk)*Δzk,其中Δzk=zk-zk-1,记弧段

                                                              k=1 

zn-1zn的长度ΔSk,λ=maxlim{ΔSk},若不
                  1≤k≤n                                                                                                                                                                                                    
论对C如何分法及ζk如何取法,极限

 

                                n
                            lim∑f(ζk)*Δzk
                           λ→0 k=1
存在,则称该极限值为函数f(z)沿曲线C从A到B的积分,记为∫f(z)dz,即
                                                      c

                                                                              n
                                                                ∫f(z)dz= lim∑f(ζk)*Δzk
                                                                c        λ→0 k=1
式中,f(z)为被积函数;C为积分曲线。

这样就很明确了,(4)式中取的是弧段的起始点(ωn,F(ωn)*exp(iωnt)),就是弧段的起始点(ωn,F(ωn)*exp(iωnt))作为被乘数,这是符合复变函数积分定义的,定义中指出可以取任何一点,当然可以取弧段的起始点(ωn,F(ωn)*exp(iωnt))做被乘数。

(4)接下来是:
             
               +∞                    +∞    +∞                               
      =1/2∏*∫F(ω)exp(iωt)dω=1/2∏*∫   {∫f(u)exp(-iωu)du}*exp(iωt)dω                       -               -∞                    -∞    -∞

以上是(5)式。
   
            +∞   +∞     
      =1/∏*∫   ∫f(u)cosω(t-u)dudω                                                        (6)
             0   -∞    

                             
解释一下(5)到(6)的过程:
因为exp(iωt)对于u来说是常数可以和前面的函数合并,利用欧拉公式把expiω(t-u)展开,会得到一个带有和i相乘的含有正弦函数乘积的函数在(-∞,+∞)的积分函数项。因为正弦函数的函数值是关于坐标原点对称的,函数值的绝对值是完全相等的,但是符号相反,这样带有和i相乘的含有和正弦函数乘积的函数项在(-∞,+∞)的积分值为零,因为积分区间(-∞,+∞)可以分解成以纵轴对称的(-∞,0]和[0,+∞)。另外,因为对于函数f(u)cosω(t-u)是对正数ω的偶函数,所以把积分区间改写成了(0,+∞)并且把积分的函数乘以了2。于是就得到了(6)式。
把(5)式单拿出来,

                             +∞    +∞                              
                 f(t)=1/2∏*∫   {∫f(u)exp(-iωu)du}*exp(iωt)dω  
                             -∞    -∞                            
称为傅里叶逆变换,若记

                       ⋌      +∞   
                       f(ω)=∫   f(t)*exp(-iωt)dt        这就是f(t)的傅里叶变换
                              -∞                            


                                  +∞  ⋌ 
则                     f(t)=1/2∏*∫   f(ω)*exp(iωt)dω    这就是f(t)的傅里叶逆变换
                                  -∞                                       
至此,对傅里叶变换的来龙去脉已经阐述详细了。
傅里叶变换的应用很广泛,如在:《激光原理》、《电路》,等等学科。




参考:http://baike.baidu.com/view/391665.htm

12917736427c66b6
2015-09-01 · TA获得超过4.1万个赞
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小小凄凉天使
2013-11-12 · TA获得超过2791个赞
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追问
。。。我怎么没有发现关于逆变换的证明。。好多页。。能告诉我在哪页上吗?
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