傅里葉變換1.基本函數


在信號與系統分析中,有兩類函數特別重要,可以稱之為構建傅里葉變化的基石(BuildingBlocks).本文主要討論着這兩類函數以及一些后續課程需要的知識

1.第一類函數是三角函數信號(Sinusoidal Signals)

x(t)=Acos(ωt+θ).

x(t)=Acos(ωt+θ)

 

ω稱之為角頻率,含義是一秒轉過多少弧度值(radians per second).

分析:令t=0得到Acos(ωt+θ) = Acos(θ), 令t=1 得到Acos(ωt+θ) = Acos(ω+θ). 所以在t=0到t=1的這1秒時間中,Acos(x)的弧度差為(ω+θ) - θ = w. 所以ω代表1秒轉過弧度. 

 

f稱為頻率(frequency), f=ω/2π. f與ω的不同在於,f描述的是1秒轉過多少圈(units of cycles per second),而ω描述的是一秒轉過多少弧度.從下圖可以知道,當ω從x軸迎着逆時針轉過2π弧度,實際轉過的圈數為1圈.

2.第二類函數是冪函數(Exponential Signals)

 

其中的 i 是虛數,引入了虛數,我們的坐標系從實數域變成了復數(complex number)域, 虛數(imaginery number)的定義是i² = - 1.在現實生活中,一個數的平方不可能為負1,所以虛數是一個自然界不存在的數字.但是通過引入虛數這個概念,可以使我們數學的計算帶來方便。 

由歐拉公式(Euler Formula)可以畫出如下的復數圖.

 

分析:可見e^(iθ)是一個復數,實數部分為cos(θ), 虛數部分為sin(θ).

對於歐拉公式的理解與推導:

根據 e^x 在0點的泰勒公式展開(泰勒公式就是對一個函數的模擬,泰勒公式的階數越高即n越大,函數被還原的越准確)

根據cos(x) 在0點的泰勒公式,以及sin(x)在0點的泰勒展開

對比(1)和(2)我們發現e^(ix) = cos(x) + isin(x),從此與歐拉公式風雨同路

另外f(x) = e^(ix) 是一個以2pi為周期的函數

3.基本信號(Exponential Signals)

3.1連續時間階躍信號

連續時間的階躍信號(unit step)的定義如下:

 

 3.2連續時間的沖激信號

連續時間的沖激信號(unit impluse)δ(t)的定義如下:

δ(t)可以看作是如下函數r(t)的在T->趨向於0時候的導數

 

 

 

  3.3 離散時間階躍信號

 離散時間階躍信號u[n]的定義如下:

 

 3.4 離散時間沖激信號

離散時間沖激信號δ[n]的定義如下:

 


 

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