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Teorema di Parseval

1799
  • Marc-Antoine Parseval
Antique study room representing Parseval's theorem in Fourier analysis.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il teorema di Parseval mette in relazione l'energia totale di un segnale (l'integrale del suo quadrato su un periodo) con la somma delle energie al quadrato dei suoi Serie di Fourier components. For a function [latex]s(x)[/latex] with period [latex]P[/latex], the theorem states: [latex]\frac{1}{P} \int_P |s(x)|^2 , dx = \sum_{n=-\infty}^{\infty} |c_n|^2[/latex], where [latex]c_n[/latex] are the complex Fourier coefficients.

Il teorema di Parseval è un risultato fondamentale nell'analisi di Fourier che esprime il principio di conservazione dell'energia nel dominio della frequenza. In sostanza afferma che il Trasformata di Fourier è una trasformazione unitaria. Il lato sinistro dell'equazione, [latex]frac{1}{P} int_P |s(x)|^2 , dx[/latex], rappresenta la potenza media del segnale [latex]s(x)[/latex] su un periodo. Il lato destro, [latex]sum_{n=-infty}^{infty} |c_n|^2[/latex], è la somma delle potenze medie di tutte le singole componenti armoniche del segnale. Il teorema garantisce che queste due quantità siano uguali.

Ciò significa che scomporre un segnale nelle sue componenti di Fourier non crea né distrugge energia, ma semplicemente la ridistribuisce tra le diverse frequenze. Nel contesto della serie di Fourier a valori reali con coefficienti [latex]a_n[/latex] e [latex]b_n[/latex], il teorema assume la forma [latex]\frac{1}{P} \int_P s(x)^2 , dx = \frac{a_0^2}{4} + \frac{1}{2} \sum_{n=1}^{\infty} (a_n^2 + b_n^2)[/latex]. Questo teorema è estremamente utile in ingegneria e fisica per calcolare la potenza o l'energia di un segnale direttamente dal suo spettro di frequenza, il che spesso è più facile che integrare nel dominio del tempo.

UNESCO Nomenclature: 1201
- Algebra

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Identità originale di Marc-Antoine Parseval per le serie generali
  • Serie di Fourier definition and coefficient formulas
  • concetto di ortogonalità delle funzioni
  • calcolo integrale

Applicazioni

  • elaborazione del segnale (analisi dello spettro di potenza)
  • fisica (meccanica quantistica)
  • ingegneria elettrica
  • telecomunicazioni

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • stima della densità spettrale nelle comunicazioni
  • analisi degli errori nei sistemi di comunicazione digitale (ad esempio, calcolo del rapporto segnale/rumore)
  • analisi delle vibrazioni per il monitoraggio dell'integrità strutturale
  • quantitative analysis in spettroscopia
  • misurazione e analisi del livello audio
  • estrazione di caratteristiche per l'apprendimento automatico nell'elaborazione del segnale
  • validazione di simulazioni numeriche in fisica e ingegneria
  • calcoli di probabilità della meccanica quantistica (regola di Born)
  • analisi del sistema di alimentazione per la distorsione armonica
  • ottimizzazione della potenza di trasmissione del segnale
Correlato a: teorema di Parseval, risparmio energeticospettro di potenza, serie di Fourier, trasformata unitaria, elaborazione del segnale, dominio della frequenza, componenti armoniche, coefficienti di Fourier, potenza del segnale.

Contesto storico

Teorema di Parseval

1747
1758
1777
1799
1812
1822
1827
1736
1750
1763-12-23
1780
1805
1822
1822
1828

(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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