Transformada y series de Fourier
Serie de Fourier de f(x)
Toda funcion periódica puede ser expresada como serie de Fourier
f(x)=n=0∑∞(Ancos(T2nπx)+Bnsin(T2nπx))Simil con el vector
Base ortonormal canónica
{en}n=1∞Base ortonormal Serie de Fourier
{cos(nx),sin(nx)}n=1∞Vector genérico en dicha base de ejemplo:
v=n=1∑∞vnen f(x)=n=0∑∞(Ancos(nx)+Bnsin(nx)) Hallar cierto coeficiente:
v⋅em=n=1∑∞vnen⋅emen⋅em=δnm v⋅em=n=1∑∞vnδnmv⋅em=vm f(x)⋅cos(mx)=n=1∑∞(Anc(nx)+Bns(nx))⋅cos(mx)cos(nx)⋅cos(mx)=(2π/2)δnm=πδnmcos(nx)⋅sin(mx)=0sin(nx)⋅sin(mx)=(2π/2)δnm=πδnm f(x)⋅cos(mx)=n=1∑∞(Anπδnm+Bn0)f(x)⋅cos(mx)=n=1∑∞Anπδnmf(x)⋅cos(mx)=Amπ De forma general para hallar los coeficientes de Fourier
f(x)=n=0∑∞(Ancos(nx)+Bnsin(nx))T=ω2π , x∈(0,T) f(x)=A0cos(T2(0)πx)+B0sin(T2(0)πx)+n=1∑∞(Ancos(T2nπx)+Bnsin(T2nπx))f(x)=A0(1)+B0(0)+n=1∑∞(Ancos(T2nπx)+Bnsin(T2nπx))f(x)=A0+n=1∑∞(Ancos(T2nπx)+Bnsin(T2nπx))Hallando An
f(x)⋅cos(T2mπx)=A0cos(T2mπx)⋅1+n=1∑∞(An2Tδnm+Bn0)f(x)⋅cos(T2mπx)=Am2TT2∫0Tcos(T2nπx)f(x)dx=An Hallando Bn
f(x)⋅sin(T2mπx)=A0sin(T2mπx)⋅1+n=1∑∞(An0+Bn2Tδnm)f(x)⋅sin(T2mπx)=Bm2T∫0Tsin(T2mπx)f(x)dx=Bm2TT2∫0Tsin(T2nπx)f(x)dx=Bn Hallando A0
f(x)⋅1=A0⋅1+n=1∑∞(An0+Bn0)f(x)⋅1=A01⋅1∫0T1f(x)dx=A0∫0T1dx=A0(T−0)dx=ATT1∫0T1f(x)dx=A0 "Complejizando" la serie de Fourier
f(x)=n=0∑∞(Ancos(nx)+Bnsin(nx))cos(nx)=2einx+e−inxsin(nx)=2ieinx−e−inx f(x)=n=0∑∞(An2einx+e−inx+Bn2ieinx−e−inx)f(x)=n=0∑∞(2Aneinx+2Ane−inx+2iBneinx−2iBne−inx)f(x)=n=0∑∞((2An+2iBn)einx+(2An−2iBn)e−inx)Recordando el conjugado
f(x)=n=0∑∞((2An+2iBn)einx+(2An+2iBn)einx)Aquí entiende al n como el ángulo, de tal forma que:
arg(z)=n⇔arg(zˉ)=−n f(x)=n=0∑∞(2An+2iBn)einx+n=0∑∞(2An+2iBn)einxf(x)=n=0∑∞(2An+2iBn)einx+n=−1∑−∞(2An+2iBn)einxf(x)=n=−∞∑∞(2An+2iBn)einxcn=(2An+2iBn)einx y asıˊc−n=cn=(2An−2iBn)e−inx f(x)=n=−∞∑∞Cneinx Cn=T1∫0Tf(x)e−inxdxNormalizando
Cn=T1∫0Tf(x)e−i2πxn/Tdx"Continuizando" la serie de Fourier
Válido cuando T→∞
f(t)=n=−∞∑∞Cneintf(t)=n=−∞∑∞Cnei2πtn/Tf(t)=n=−∞∑∞Cwei2πtwf(t)=∫−∞∞C(w)ei2πtwdwf(t)e−i2πtw′=∫−∞∞C(w)ei2πtwe−i2πtw′dw∫−∞+∞f(t)e−i2πtw′dt=∫−∞∞∫−∞∞C(w)ei2πtwe−i2πtw′dwdtei2πtw∗e−i2πtw′dt=∫−∞∞ei2πtwe−i2πtw′dtei2πtw∗e−i2πtw′dt=δ(w−w′)∫−∞+∞f(t)e−i2πtw′dt=∫−∞∞C(w)δ(w−w′)dw∫−∞+∞f(t)e−i2πtw′dt=C(w′)F(w)=∫−∞+∞f(t)e−i2πtwdt