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係数に関するオイラー・フーリエ公式

1822
  • Leonhard Euler
  • Jean-Baptiste Joseph Fourier
年代物の書斎でフーリエ係数を計算する数学者。.

(画像はイメージです)

係数 フーリエ 周期 [latex]P[/latex] の関数 [latex]s(x)[/latex] の級数は、積分公式を用いて計算されます。直流成分は [latex]a_0 = frac{2}{P} int_{P} s(x) , dx[/latex] です。コサイン係数は [latex]a_n = frac{2}{P} int_{P} s(x) cosleft(frac{2pi nx}{P}right) , dx[/latex] であり、サイン係数は [latex]b_n = frac{2}{P} int_{P} s(x) sinleft(frac{2pi nx}{P}right) , dx[/latex] ですが、[latex]n ge 1[/latex] です。

これらの公式は、しばしばオイラー・フーリエ公式と呼ばれ、各高調波が全体の周期関数にどれだけ寄与するかを決定するための仕組みです。これらは、三角関数の直交性を利用して導出されます。具体的には、2つの異なる正弦関数または余弦関数(あるいは正弦関数と余弦関数)の積を全周期にわたって積分するとゼロになります。例えば、すべての整数 n, m に対して、[latex]int_{0}^{P} sin(frac{2pi nx}{P}) cos(frac{2pi mx}{P}) , dx = 0[/latex] となります。

特定の係数、例えば [latex]a_k[/latex] を求めるには、[latex]s(x)[/latex] のフーリエ級数展開全体に [latex]cos(frac{2pi kx}{P})[/latex] を掛け、周期 [latex]P[/latex] にわたって積分します。直交性により、無限級数のすべての項は [latex]a_k[/latex] を含む項を除いてゼロになります。これにより [latex]a_k[/latex] が分離され、解くことができます。同じプロセスを [latex]sin(frac{2pi kx}{P})[/latex] に適用して [latex]b_k[/latex] を求めます。この解析的手法により、元の関数をその正弦波成分から再構成するために必要な正確な振幅が得られ、関数を時間領域から周波数領域に効果的に変換できます。

UNESCO Nomenclature: 1201
代数

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • レオンハルト・オイラーの三角級数に関する研究
  • 関数の直交原理
  • integral calculus developed by Newton and Leibniz
  • ダニエル・ベルヌーイによる波動方程式の解

アプリケーション

  • digital signal processing (dsp)
  • image compression (jpeg)
  • 音声合成
  • 微分方程式を解く
  • スペクトル分析

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連事項:フーリエ係数、オイラー・フーリエの公式、直交性、積分、調和解析、スペクトル成分、直流成分、正弦波、余弦波、周波数領域。

歴史的背景

係数に関するオイラー・フーリエ公式

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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