4 votos

Suma de pruebas de fórmula

Por lo tanto, estoy tratando de probar la siguiente fórmula de la suma, y realmente no puedo conseguir que funcione correctamente :

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donde ab = $2\pi$ y G = transformada de Fourier de g. ¿Cómo me acerco a una prueba de esta fórmula? Por lo general, puedo ver que este tipo de fórmula presentada de manera muy diferente en un montón de diferentes recursos, y se está lanzando a los que me fuera.

Aquí es lo que mi libro de texto que está haciendo. Yo no entiendo muy bien la sustitución por el coseno suma parcial o la N->infinity parte. Alguna pista?

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4voto

Ron Gordon Puntos 96158

Expresa la suma como una serie geométrica.

PS

PS

Tomando partes reales, tenemos

PS

Usa el hecho de que

PS

para ver eso

PS

Por lo tanto

PS

Dejemos$$\sum_{n=1}^N \cos{n z} = \operatorname{Re}{\left [\sum_{n=1}^N e^{i n z} \right ]} $ y el resultado sigue.

3voto

Anthony Shaw Puntos 858

Una Normalización de la transformada de Fourier

Hay varias maneras de normalizar la transformada de Fourier. La manera en que me parece más bonito es definir $$ \hat{f}(\xi)=\int_{-\infty}^\infty f(x)\,e^{-2\pi ix\cdot\xi}\,\mathrm{d}x\etiqueta{1} $$ Definir $$ g(x)=\sum_{k=-\infty}^\infty f(x+k)\etiqueta{2} $$ A continuación, $g$ tiene período de $1$. Conectar $x=0$ a $(2)$ da $$ g(0)=\sum_{k=-\infty}^\infty f(k)\etiqueta{3} $$ Para $n\in\mathbb{Z}$, los coeficientes de la Serie de Fourier son $$ \begin{align} \hat{g}(n) &=\int_0^1g(x)\,e^{-2\pi inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\sum_{k=-\infty}^\infty\int_0^1f(x+k)\,e^{-2\pi inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\int_{-\infty}^\infty f(x)\,e^{-2\pi inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\hat{f}(n)\tag{4} \end{align} $$ La inversión de la Serie de Fourier, se obtiene $$ g(x)=\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{g}(n)e^{2\pi inx}\etiqueta{5} $$ Conectar $x=0$ a $(5)$ y la aplicación de $(4)$ rendimientos $$ \begin{align} g(0) &=\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{g}(n)\\ &=\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{f}(n)\tag{6} \end{align} $$ $(3)$ e $(6)$ dar la Sumación de Poisson Fórmula: $$ \sum_{n=-\infty}^\infty f(n)=\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{f}(n)\etiqueta{7} $$


Deje $f(x)=g(ax)$. Entonces tenemos $$ \begin{align} \hat{f}(n) &=\int_{-\infty}^\infty f(x) e^{-2\pi inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\int_{-\infty}^\infty g(ax) e^{-2\pi inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\frac1a\int_{-\infty}^\infty g(x) e^{-2\pi inx/a}\,\mathrm{d}x\\ &=\frac1a\hat{g}(n/a)\tag{8} \end{align} $$ La aplicación de $(8)$ da la versión a escala de la $(7)$: $$ \sqrt{a}\sum_{n=-\infty}^\infty g(an)=\frac1{\sqrt{a}}\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{g}(n/a)\etiqueta{9} $$ La ecuación de $(9)$ es el equivalente de la ecuación en la cuestión de la transformada de Fourier se define en $(1)$. Para obtener la ecuación en la pregunta, necesitamos utilizar una normalización diferente de la transformada de Fourier.


Otro de Normalización de la transformada de Fourier

Si se define la transformada de Fourier como $$ \hat{f}(\xi)=\int_{-\infty}^\infty f(x)\,e^{-ix\cdot\xi}\,\mathrm{d}x\etiqueta{1a} $$ y definir $$ g(x)=\sum_{k=-\infty}^\infty f(x+2\pi k)\etiqueta{2a} $$ a continuación, $g$ tiene período de $2\pi$ y conectar $x=0$ a $\mathrm{(2a)}$ da $$ g(0)=\sum_{k=-\infty}^\infty f(2\pi k)\etiqueta{3a} $$ Para $n\in\mathbb{Z}$, los coeficientes de la Serie de Fourier son $$ \begin{align} \hat{g}(n) &=\int_0^{2\pi}g(x)\,e^{-inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\sum_{k=-\infty}^\infty\int_0^{2\pi}f(x+2\pi k)\,e^{-inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\int_{-\infty}^\infty f(x)\,e^{-inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\hat{f}(n)\tag{4a} \end{align} $$ La inversión de la Serie de Fourier, se obtiene $$ g(x)=\frac1{2\pi}\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{g}(n)e^{inx}\etiqueta{5a} $$ Conectar $x=0$ a $\mathrm{(5a)}$ y la aplicación de $\mathrm{(4a)}$ rendimientos $$ \begin{align} g(0) &=\frac1{2\pi}\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{g}(n)\\ &=\frac1{2\pi}\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{f}(n)\tag{6a} \end{align} $$ $\mathrm{(3a)}$ e $\mathrm{(6a)}$ dar la Sumación de Poisson Fórmula: $$ \sum_{n=-\infty}^\infty f(2\pi n)=\frac1{2\pi}\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{f}(n)\etiqueta{7} $$


Deje $f(x)=g(ax)$. Entonces tenemos $$ \begin{align} \hat{f}(n) &=\int_{-\infty}^\infty f(x) e^{-inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\int_{-\infty}^\infty g(ax) e^{-inx}\,\mathrm{d}x\\ &=\frac1a\int_{-\infty}^\infty g(x) e^{-inx/a}\,\mathrm{d}x\\ &=\frac1a\hat{g}(n/a)\tag{8a} \end{align} $$ La aplicación de $\mathrm{(8a)}$ da la versión a escala de la $\mathrm{(7a)}$: $$ \sqrt{2\pi}\sum_{n=-\infty}^\infty g(2\pi an)=\frac1{\sqrt{a}}\sum_{n=-\infty}^\infty\hat{g}(n/a)\etiqueta{9} $$ $\mathrm{(9a)}$ es la ecuación de la pregunta.

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