Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Hogar » Fórmulas de Euler-Fourier para coeficientes

Fórmulas de Euler-Fourier para coeficientes

1822
  • Leonhard Euler
  • Jean-Baptiste Joseph Fourier
Matemático calculando coeficientes de Fourier en una sala de estudio de época.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Los coeficientes para el series de Fourier of a function [latex]s(x)[/latex] with period [latex]P[/latex] are calculated using integral formulas. The DC component is [latex]a_0 = \frac{2}{P} \int_{P} s(x) , dx[/latex]. The cosine coefficients are [latex]a_n = \frac{2}{P} int_{P} s(x) \cos\left(\frac{2pi n x}{P}\right) , dx[/latex], and the sine coefficients are [latex]b_n = \frac{2}{P} \int_{P} s(x) \sin\left(\frac{2\pi n x}{P}\right) , dx[/latex] for [latex]n ge 1[/latex]. Authors who typeset these formulas can rely on a LaTeX cheat sheet for the integral and summation commands, and on a LaTeX math cheat sheet for fractions and Greek letters.

These formulas, often called the Euler-Fourier formulas, are the mechanism for determining the contribution of each harmonic to the overall periodic function. They are derived by exploiting the orthogonality property of the trigonometric functions. Specifically, the integral of the product of two different sine or cosine functions (or a sine and a cosine) over a full period is zero. For example, [latex]int_{0}^{P} sin(frac{2pi n x}{P}) cos(frac{2pi m x}{P}) , dx = 0[/latex] for all integers [latex]n, m[/latex].

To find a specific coefficient, say [latex]a_k[/latex], one multiplies the entire series de Fourier expansion of [latex]s(x)[/latex] by [latex]cos(frac{2pi k x}{P})[/latex] and then integrates over the period [latex]P[/latex]. Due to orthogonality, all terms in the infinite sum become zero except for the term involving [latex]a_k[/latex]. This isolates [latex]a_k[/latex], allowing it to be solved for. The same process is applied with [latex]sin(frac{2pi k x}{P})[/latex] to find [latex]b_k[/latex]. This analytical method provides the exact amplitudes needed to reconstruct the original function from its sinusoidal components, effectively transforming the function from the time domain to the frequency domain.

UNESCO Nomenclature: 1201
- Álgebra

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Leonhard Euler’s work on trigonometric series
  • principios de ortogonalidad de funciones
  • integral calculus developed by Newton y Leibniz
  • Daniel Bernoulli’s solution to the wave equation

Aplicaciones

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • software de transcripción automatizada de música
  • Complementos de efectos de audio en tiempo real para estaciones de trabajo de audio digital
  • Restauración y mejora de imágenes basada en IA
  • herramientas de síntesis y modificación vocal (por ejemplo, autotune)
  • identificación biométrica mediante huellas de voz
  • Sistemas de mantenimiento predictivo que analizan las vibraciones de las máquinas
  • modelos avanzados de pronóstico meteorológico
  • sistemas de retroalimentación háptica basados ​​en la descomposición de frecuencia
  • interfaces cerebro-ordenador analyzing eeg signals
  • Protocolos de transmisión de datos eficientes para la comunicación inalámbrica
Relacionado con: Fourier coefficients, Euler-Fourier formulas, orthogonality, integral, harmonic analysis, spectral components, DC component, sine, cosine, frequency domain.

Contexto histórico

Fórmulas de Euler-Fourier para coeficientes

1780
1805
1822
1822
1828
1848
1850
1777
1799
1812
1822
1827
1829
1850
1854

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

Las imágenes en tamaño completo y las descargas solo están disponibles, de forma totalmente gratuita, para los miembros registrados.

> Acceso <