Formule di Eulero-Fourier per i coefficienti
1822
- Leonhard Euler
- Jean-Baptiste Joseph Fourier
I coefficienti per il Fourier di una funzione [latex]s(x)[/latex] con periodo [latex]P[/latex] sono calcolate con formule integrali. La componente DC è [latex]a_0 = \frac{2}{P} \int_{P} s(x) , dx[/latex]. I coefficienti del coseno sono [latex]a_n = \frac{2}{P} int_{P} s(x) \coscrivere a sinistra(\frac{2pi n x}{P}\right) , dx[/latex], e i coefficienti del seno sono [latex]b_n = \frac{2}{P} \int_{P} s(x) \sin\left(\frac{2\pi n x}{P}\right) , dx[/latex] per [latex]n ge 1[/latex].
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].
Per trovare un coefficiente specifico, ad esempio [latex]a_k[/latex], si moltiplica l'intera espansione della serie di Fourier di [latex]s(x)[/latex] per [latex]cos(frac{2pi k x}{P})[/latex] e poi si integra sul periodo [latex]P[/latex]. A causa dell'ortogonalità, tutti i termini della somma infinita diventano zero, tranne il termine che coinvolge [latex]a_k[/latex]. In questo modo si isola [latex]a_k[/latex], consentendo di risolverlo. Lo stesso procedimento viene applicato con [latex]sin(frac{2pi k x}{P})[/latex] per trovare [latex]b_k[/latex]. Questo metodo analitico fornisce le ampiezze esatte necessarie per ricostruire la funzione originale dalle sue componenti sinusoidali, trasformando di fatto la funzione dal dominio del tempo a quello della frequenza.
UNESCO Nomenclature: 1201
- Algebra
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
- elaborazione del segnale digitale (dsp)
- compressione delle immagini (jpeg)
- sintesi audio
- risolvere equazioni differenziali
- analisi spettrale
Idee e potenziali innovazioni
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