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ギブス現象

1899
  • Henry Wilbraham
  • J. Willard Gibbs
不連続面におけるフーリエ級数の挙動を分析する信号処理研究室。.

(画像はイメージです)

ギブス現象は、 フーリエ 級数展開において、不連続点付近で部分和にオーバーシュートが生じる。このオーバーシュートは、項数を増やしても解消されない。しかし、級数の項数に関わらず、このオーバーシュートは不連続点の高さの約9%という一定値に収束する。

方形波のようにジャンプ不連続性を持つ関数をフーリエ級数で近似する場合、不連続点では近似は完全ではありません。級数に項を追加するにつれて(つまり、近似に高周波数が含まれるにつれて)、ジャンプのすぐ近くを除いて、近似はあらゆる場所で改善されます。ジャンプの近くでは、部分和が関数の値を超えてしまいます。このオーバーシュート領域の幅は項を追加するにつれて狭くなりますが、オーバーシュートの高さは一定のままです。

このオーバーシュートは、収束しないことを示すものではありません。級数は点ごとに収束し、不連続点自体では、ディリクレの定理で予測されるように、ジャンプの中点に収束します。ただし、収束は一様ではありません。ウィルブラハム・ギブス定数に関連する最大オーバーシュートは、ジャンプサイズの約 [latex]frac{1}{pi} int_0^pi frac{sin t}{t} dt – frac{1}{2} approx 0.08949…[/latex] 倍です。この現象は、不連続関数の級数近似の基本的な特性であり、信号処理や画像処理において重要で、鋭いエッジ付近で「リンギング」アーティファクトとして現れることがあります。

UNESCO Nomenclature: 1201
代数

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 不連続関数のフーリエ級数表現
  • ディリクレの収束定理
  • 部分和の概念と級数の収束
  • Sinc関数の研究 [latex]frac{sin(x)}{x}[/latex]

アプリケーション

  • signal processing (filter design)
  • 画像処理(アーティファクト解析)
  • 数値解析
  • MRI(磁気共鳴画像法)

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:ギブス現象、フーリエ級数、ジャンプ不連続性、オーバーシュート、リンギングアーティファクト、信号処理、収束、部分和、ウィルブラハム・ギブス定数、一様収束。

歴史的背景

ギブス現象

1854
1854
1895
1899
1900
1911
1922
1850
1854
1884
1896
1900
1903
1914
1924

(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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