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傅里叶级数

1822
  • Jean-Baptiste Joseph Fourier
古董书房陈设着傅里叶级数方程式、鹅毛笔与圆规,尽显复古风韵。.

(图片仅供参考)

A 傅立叶 数列将任何周期函数或信号分解为简单振荡函数(即正弦和余弦)之和。对于周期为 [latex]P[/latex] 的函数 [latex]s(x)[/latex],其级数为 [latex]s(x) \approx \frac{a_0}{2}+ sum_{n=1}^{infty}\a_n cosleft(\frac{2\pi n x}{P}\right) + b_n sinleft(\frac{2\pi n x}{P}\right)\right][/latex].项 [latex]a_n[/latex] 和 [latex]b_n[/latex] 是傅里叶系数。.

傅里叶级数的概念是调和分析的基石。它认为一类广泛的周期函数可通过正弦与余弦函数的无穷级数表示或近似。这一思想由约瑟夫·傅里叶在其热传导研究中正式提出。 函数 [latex]s(x)[/latex] 必须在长度为 [latex]P[/latex] 的区间内具有周期性。项 [latex]frac{a_0}{2}[/latex] 代表直流分量,即函数在一个周期内的平均值。 求和式中后续项(索引为[latex]n[/latex])均为谐波。其中[latex]n=1[/latex]项为基频,更高[latex]n[/latex]值则对应其整数倍频率(即泛音)。.

系数[latex]a_n[/latex]和[latex]b_n[/latex]分别决定每个余弦波与正弦波的振幅。它们通过将原始函数[latex]s(x)[/latex]与对应基函数(余弦或正弦)的乘积在单个周期内进行积分计算得出。 该过程利用了正弦与余弦函数在区间 [latex][0, P][/latex] 上的正交性。级数收敛至原始函数的特性并非对所有函数都成立,但满足特定条件(如狄利克雷条件)时则成立。这种分解方法之所以强大,在于它能将时域或空间域的问题转化为频域问题,而频域分析通常更为简便。.

UNESCO Nomenclature: 1201
– 代数

类型

抽象系统

中断

革命

用法

广泛使用

前体

  • 莱昂哈德·欧拉的三角级数研究
  • 丹尼尔·伯努利提出的波动方程的解
  • 让·勒朗·达朗贝尔的《论振动弦》
  • 艾萨克·牛顿和戈特弗里德·莱布尼茨的微积分基础

应用程序

  • 信号处理(音频、图像)
  • 求解偏微分方程(热力学、波动学)
  • 振动分析
  • 声学
  • 量子力学

专利:

NA

潜在创新理念

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相关主题:傅里叶级数、周期函数、调和分析、正弦、余弦、傅里叶系数、信号分解、频域、热方程、约瑟夫·傅里叶。.

历史背景

傅里叶级数

1777
1799
1812
1822
1827
1829
1850
1763-12-23
1780
1805
1822
1822
1828
1848
1850

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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