傅立葉變換系列(三)傅立葉變換



說明:

  傅里葉級數、傅里葉變換、離散傅里葉變換、短時傅里葉變換。。。這些理解和應用都非常難,網上的文章有兩個極端:“Esay”  Or  “Boring”!如果單獨看一兩篇文章就弄懂傅里葉,那說明你真的是大神了。

  本博文是經過查閱網上幾十篇大神的博客、文章、書籍等進行的一個匯總,希望對初學者和我自己一個入門和總結,所以本博文並非原創,抄襲+匯總+修改+總結

主要參考:

  1.傅里葉變換到小波變換的風趣講解:https://zhuanlan.zhihu.com/p/22450818

  2.一篇外文的翻譯者,講的非常好,本博文大部分基於此大神的翻譯進行的部分優化:http://blog.csdn.net/dznlong

  3.風趣幽默的講解傅里葉的由來和一些基礎:https://zhuanlan.zhihu.com/p/19763358

  4.網上很多人都基於這篇外文進行的翻譯和總結:http://www.dspguide.com/ch8/5.htm,外文得FQ,這里下載之后供大家下載:

  5.揚州大學的一個PPT講解傅里葉級數推導,原地址不知道在哪,這里給出好心人上傳的百度地址:https://wenku.baidu.com/view/67a0cccdda38376baf1faec4.html

  6.百度文庫關於傅立葉級數到傅立葉變換的詳細描述:https://wenku.baidu.com/view/365c63740b4c2e3f57276383.html

  7.參考的博文在這里或者博文結尾給出,文中直接引用將不再進行說明,請見諒!


一.傅立葉變換的由來

  看了前面的兩個章節,我們是不是感覺傅立葉級數無敵了?為什么還要傅立葉變換啥玩意呢?  

  閱讀前面的博文,我們已經清楚的知道如何使用傅立葉級數去描述任何一個周期函數,其中傅里葉級數將一個周期函數描述成離散頻率正弦函數的組合,即在頻域上離散。然而,我們要分析的函數中常常會有非周期函數,這就需要傅里葉變換而不是傅里葉級數來描述這類函數。頻域不同於時域,是從另一個角度觀察客觀世界的一種方式。其將無限動態的世界看成是注定的和靜止的。從頻域理解世界,更像是上帝看世界的方式。

  對於任何一個非周期函數,我們都可以認為其可以通過一個周期函數的周期趨於無窮轉化而來。周期趨於無窮也就意味着頻率趨於零,以及角速度ω趨於零。也就是說,一個非周期函數會通過傅里葉變換被描述成連續的正弦函數的組合,即在頻域上連續。基於這個思想,傅里葉級數即將演化成傅里葉變換。

二.傅立葉變換的理論來歷

  由上面的分析可知,周期T變為無窮大的時候扔可使用傅立葉級數,當然這里有點不嚴謹,但是數學上無窮小和無窮大就是可以近似逼近,可以說是無差別吧!

  那么我們就可以把傅立葉級數應用到非周期函數上面了,非周期函數可以看做周期T是無窮大啊!

  以下是理論部分的推導和證明:

三.傅立葉變換的頻譜圖

    下面給出了一個金典的例子,其實目的就是想告訴大家:

      當T為無窮大的時候,趨向與0,那么畫圖頻譜圖的時候就變得連續,和傅里葉級數全然不同!

    其實周期函數是非周期函數的一個特例,可以說傅立葉變換適用於周期和非周期函數,只要滿足一些條件(這些條件集體查看上面給的鏈接)。

四.傅立葉變換的性質

  傅立葉變換的性質很多,本博文是啟發式和記錄的目的,這里想深入的朋友請看:https://wenku.baidu.com/view/911f5d67ddccda38376baf41.html

  記住幾個常用的就可以了,證明沒必要知道,在下直接復制沒有進行證明!

 

五.參考文章

    類似我這種參考別人然后一個總結,說的不是很詳細:http://blog.csdn.net/znculee/article/details/48291981

   一篇外文,大概看了一點點挺好的:https://betterexplained.com/articles/an-interactive-guide-to-the-fourier-transform/

   文中的公式編輯器:http://www.codecogs.com/latex/eqneditor.php

   部分參考博文開頭已經給出,如果有參考沒有給出地址的,請告知立馬改正!


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