梁昆淼数学物理方法第5章.ppt

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1、第五章 付里叶变换,5.2 付里叶积分与付里叶变换,5.3 函数,5.1 付里叶级数,（一）、周期函数的付里叶展开,设f(x)为周期为 2l 的函数,5.1 付里叶级数,考虑的函数族,为基本函数族,将f(x)展开,基本函数族是正交的,称为周期函数的付里叶系数,(在连续点x),狄里系利条件：(付氏级数收敛条件）,级数和=,若f(x)满足：(1)、处处连续，或在每个周期有有限个第 一类间断点(2)、或在每个周期有有限个极值点，级数收敛,(在间断点x),（二）、奇函数与偶函数的付里叶展开,奇函数,偶函数,例：要求在（-，）上,f(x)=x2,展开为Fourier 级数，在本题展开所得中置 x=0，由

2、此验证,解：,f(x)=x2，为偶函数,x=0,（三）、定义在有限区间上的函数的付里叶展开,定义在有限区间上的函数，如在(0.l)上的f(x)，使延拓成为g(x)在(0,l)上有g(x)f(x)付里叶展开,但要根据具体情况进行偶延拓，或奇延拓,进行奇延拓成奇周期函数,进行偶延拓成偶周期函数,（四）、复数形式的付里叶级数,函数族正交性,例：要求f(x)在它的定义区间的边界上为零，据此，展开,解：,定义在（0，）上,进行奇延拓成奇周期函数,例：定义在（0，）上的f(x)=x,在它的定义区间的边界上 f(0)=0,f(l)=0，据此，展开f(x)为付氏级数,解：,（一）、实数形式的付里叶变换,设f(

3、x)为定义在-x 上的非周期函数,5.2 付里叶积分与付里叶变换,将g(x)展开付里叶级数,将f(x)看为周期函数 g(x)于周期 2l 的极限情况,k=0,1，2，.,l,积分有限,余弦项,正弦项,称为付里叶积分,付里叶变换式,为振幅谱,为相位谱,傅里叶积分定理,对于偶函数，有付里叶余弦积分,对称写法,对于奇函数，付里叶正弦积分,对称写法,例：将如图的单个矩形脉冲展为付氏积分,解：,o,-T,T,h,f(t),t,偶函数，有付里叶余弦积分,A()与曲线称为频谱线,（二）、复数形式的付里叶变换,第二个积分中，换为-,对称写法,记为,原函数,像函数,例：将如图的单个矩形脉冲展为 复数形式的付氏变

4、换,解：,o,-/2,/2,h,f(t),t,例：求函数,解：,的付氏变换,例：求函数,解：,的付氏变换,（1）、线性定理,证明：,如：,则,（二）、付里叶变换的性质,（2）、导数定理,证明：,（3）、积分定理,证明：,而,（4）、相似定理,证明：,（5）、延迟定理,证明：,（6）、位移定理,证明：,（7）、卷积定理,证明：,若,其中,称为 f1(x)与 f2(x)的卷积,令,（四）、多重付里叶积分,周期函数 f(x,y,z)展开为 F(k1,k2,k3),对称写法,5.3 函数,（一）、函数的引入,考虑一维金属线的密度,若总质量为1集中在x=0处，则,定义满足以上关系的函数称为函数,更一般,

5、(1)、若总质量为m集中在x=a 处，则质量密度,(2)、函数为广义函数,它没有随自变量改变而不断改变函数值,又如电荷密度,（二）、函数的性质,（1）、,或,证明：,对于任意 0,有,或,对于-,0,有,（2）、,+d 时间间隔冲量,瞬时力,（3）、,瞬时力,偶函数,奇函数,证：,（4）、,若f(x)为x0 处连续的普通函数，则,例：,证：,得证,（5）、如(x)=0 的实根为 xi,（6）、,证明：,（7）、阶跃函数,（8）、符号函数,（9）、矩形脉冲函数,（三）、函数的付里叶变换,（四）、函数的表示,（1）、抽样函数表示法,（2）、矩形脉冲表示法,抽样函数,例：求常数A的付氏变换,解：,例：求符号函数,解：,的付氏变换,例：求阶跃函数,解：,的付氏变换,例：在边界条件 f(0)=0 下，把定义在（0，）上得函数 f(x)=1-H(x-a)展开为付氏积分,解：,偶延拓，有付里叶余弦积分,