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Formule di Eulero-Fourier per i coefficienti

1822
  • Leonhard Euler
  • Jean-Baptiste Joseph Fourier
Matematico che calcola i coefficienti di Fourier in una sala studio vintage.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

I coefficienti per il Serie di 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.

Queste formule, spesso chiamate formule di Eulero-Fourier, sono il meccanismo per determinare il contributo di ogni armonica alla funzione periodica complessiva. Sono derivate sfruttando la proprietà di ortogonalità delle funzioni trigonometriche. In particolare, l'integrale del prodotto di due diverse funzioni seno o coseno (o di un seno e di un coseno) su un periodo completo è zero. Ad esempio, [latex]int_{0}^{P} sin(frac{2pi n x}{P}) cos(frac{2pi m x}{P}) , dx = 0[/latex] per tutti gli interi [latex]n, m[/latex].

To find a specific coefficient, say [latex]a_k[/latex], one multiplies the entire Serie di 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
- Algebra

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Il lavoro di Leonhard Euler sulle serie trigonometriche
  • principi di ortogonalità delle funzioni
  • calcolo integrale sviluppato da Newton e Leibniz
  • La soluzione di Daniel Bernoulli all'equazione d'onda

Applicazioni

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • software di trascrizione musicale automatizzata
  • plugin di effetti audio in tempo reale per workstation audio digitali
  • ripristino e miglioramento delle immagini basati sull'intelligenza artificiale
  • strumenti di sintesi e modifica vocale (ad esempio, autotune)
  • identificazione biometrica tramite impronte vocali
  • sistemi di manutenzione predittiva che analizzano le vibrazioni delle macchine
  • modelli avanzati di previsione meteorologica
  • sistemi di feedback tattile basati sulla decomposizione della frequenza
  • interfacce cervello-computer analyzing eeg signals
  • protocolli di trasmissione dati efficienti per la comunicazione wireless
Correlato a: Fourier coefficients, Euler-Fourier formulas, orthogonality, integral, harmonic analysis, spectral components, DC component, sine, cosine, frequency domain.

Contesto storico

Formule di Eulero-Fourier per i coefficienti

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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