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Serie de Fourier

1822
  • Jean-Baptiste Joseph Fourier
Estudio antiguo con ecuaciones de la serie de Fourier, pluma y compás en un entorno de época.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

A Fourier descompone cualquier función o señal periódica en una suma de funciones oscilantes simples, a saber, senos y cosenos. Para una función [latex]s(x)[/latex] con periodo [latex]P[/latex], la serie viene dada por [latex]s(x) \approx \frac{a_0}{2} + \sum_{n=1}^{\infty} \left[ a_n \cos\left(\frac{2\pi n x}{P}\right) + b_n \sin\left(\frac{2\pi n x}{P}\right)\right][/latex]. Los términos [latex]a_n[/latex] y [latex]b_n[/latex] son los coeficientes de Fourier.

The concept of a Fourier series is a cornerstone of harmonic analysis. It posits that a wide class of periodic functions can be represented or approximated by an infinite sum of sine and cosine functions. This idea was formally introduced by Joseph Fourier in his work on heat conduction. The function [latex]s(x)[/latex] must be periodic over an interval of length [latex]P[/latex]. The term [latex]frac{a_0}{2}[/latex] represents the DC component, or the average value of the function over one period. Each subsequent term in the summation, indexed by [latex]n[/latex], is a harmonic. The [latex]n=1[/latex] term is the fundamental frequency, and higher values of [latex]n[/latex] correspond to its integer multiples, or overtones.

Los coeficientes [latex]a_n[/latex] y [latex]b_n[/latex] determinan la amplitud de cada onda coseno y seno, respectivamente. Se calculan integrando el producto de la función original [latex]s(x)[/latex] con la función base correspondiente (coseno o seno) a lo largo de un periodo. Este proceso aprovecha la ortogonalidad de las funciones seno y coseno en el intervalo [latex][0, P][/latex]. La convergencia de la serie a la función original no está garantizada para todas las funciones, pero se cumple en determinadas condiciones, como la siguiente Dirichlet condiciones. Esta descomposición es potente porque transforma un problema en el dominio temporal o espacial en el dominio de la frecuencia, donde a menudo se puede simplificar el análisis.

UNESCO Nomenclature: 1201
- Álgebra

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Trabajo sobre series trigonométricas de Leonhard Euler
  • soluciones a la ecuación de onda por Daniel Bernoulli
  • obra sobre cuerdas vibrantes de Jean Le Rond d'Alembert
  • fundamentos del cálculo por Isaac Newton y Gottfried Leibniz

Aplicaciones

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • real-time spectral analysis for imágenes médicas (mri)
  • Cancelación de ruido adaptativa en dispositivos de audio de consumo
  • Algoritmos de compresión para la transmisión de vídeo de alta definición
  • Modelado predictivo de fluctuaciones del mercado bursátil mediante componentes de frecuencia
  • Monitoreo no invasivo de la salud estructural de puentes mediante análisis de vibraciones
  • Composición musical impulsada por IA basada en la descomposición armónica.
  • algoritmos de computación cuántica para el procesamiento de señales
  • advanced data cifrado using frequency-domain transformations
  • exploración geofísica mediante descomposición de ondas sísmicas
  • Perfiles de ecualización de audio personalizados para audífonos
Relacionado con: Serie de Fourier, función periódica, análisis armónico, seno, coseno, coeficientes de Fourier, descomposición de la señal, dominio de la frecuencia, ecuación del calor, Joseph Fourier.

Contexto histórico

Serie de Fourier

1777
1799
1812
1822
1827
1829
1850
1763-12-23
1780
1805
1822
1822
1828
1848
1850

(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

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