前面介紹的傅里葉變換是在頻域內分析波的特性,但對於無限放大的信號,卻無法處理,所以必須對範圍推廣到複頻域,如果把傅里葉變換看做是二維空間的話,那麼拉普拉斯變換就是三維空間。
學過信號處理和高數的夥伴對這個公式並不陌生,看上去很乏味,其實背後的原理讓人著迷:
因為是推廣到複平面,首先我們來看含有複數的指數參數含義:
如下s是個複數,所以可以分解為實部和虛部,但對時間而言S始終是常量,
但對整體e^s而言,它的旋轉半徑是e^0.1t, 旋轉角度是1t ,所以圖像是半徑不斷增加的螺旋狀。
如果增加s虛部:
意味著同一時刻的旋轉角度增加,即杆子的速度加快
比較:2t相比上面的1t而言,同一時刻的旋轉角度增加,會旋轉的更快,螺距會變小
如果增加s的實部
意味著旋轉半徑會變大,如下e^0.2t時圖形
e^0.1t時圖形
但同一時刻的旋轉角度不變,所以螺距不變,僅是旋轉半徑增大。
如果實部為零,則旋轉半徑是常數1,圖形就是一個均勻的螺旋線。其實這就是傅里葉變換的特性
實部是3時,就是一個旋轉半徑為3的均勻螺旋線。
如圖兩個實部相等的函數疊加,空間圖形就是餘弦波,因為他們兩個起始角度相反,在空間上抵消,所以僅留下平面上的圖形,
如果改變實部和虛部,將兩個指數函數疊加:結合上述的分析和傅里葉級數就很容易理解:
多個指數函數疊加,因為起始角度相互抵消,所以就留下水平面上旋轉半徑不同的圖形。
如圖
通過這種方式將指數函數疊加在一起就可以創建任意的圖形,這是本篇的重要思想。
結合前面的傅立葉級數和傅里葉變換,我們可以看到復指數將波形拓展到空間的任意角落,這是傅立葉變換所沒有的,下一篇繼續討論由此得出的拉普拉斯變換公式原理。
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