【数理方程】傅里叶级数

本文详细介绍了傅里叶级数的概念,包括直流分量、基波、谱线间隔、幅度谱和相位谱。讨论了奇函数、偶函数以及奇谐、偶谐信号的特性,并给出了各种周期信号的傅里叶级数表达式,如矩形脉冲、周期矩形波、周期偶函数三角信号等。同时,提供了构造奇谐和偶谐信号的方法,帮助理解非奇谐非偶谐信号的分解。


信号与系统笔记


前言与注意点

直 流 分 量 ≠ 基 波   谱 线 间 隔 : 不 含 直 流 : 1 T 含 直 流 : 2 T = 带 宽   幅 度 谱 就 是 c n 或 d n 的 谱 相 位 谱 就 是 φ n 或 θ n 的 谱 直流分量\ne 基波\\\ \\ 谱线间隔:不含直流:\frac 1 T\\ 含直流:\frac 2 T=带宽\\\ \\ 幅度谱就是c_n或d_n的谱\\ 相位谱就是\varphi_n或\theta_n的谱 = 线T1T2= cndnφnθn
在这里插入图片描述

一、常用公式

f ( t ) = a 0 + ∑ n = 1 [ a n cos ⁡ ( n ω 1 t ) + b n sin ⁡ ( n ω 1 t ) ]   直 流 分 量 : a 0 = 1 T 1 ∫ t 0 t 0 + T 1 f ( t ) d t   余 弦 分 量 幅 度 : a n = 2 T 1 ∫ t 0 t 0 + T 1 f ( t ) cos ⁡ ( n ω 1 t ) d t   正 弦 分 量 幅 度 : b n = 2 T 1 ∫ t 0 t 0 + T 1 f ( t ) sin ⁡ ( n ω 1 t ) d t   n = 1 , 2 , 3 , ⋯   满 足 D i r i c h l e t 条 件 f(t)=a_0+\sum_{n=1}[a_n\cos(n\omega_1t)+b_n\sin(n\omega_1t)]\\\ \\ 直流分量:a_0=\frac 1 {T_1}\int_{t_0}^{t_0+T_1}f(t)dt\\\ \\ 余弦分量幅度:a_n=\frac 2 {T_1}\int_{t_0}^{t_0+T_1}f(t)\cos(n\omega_1t)dt\\\ \\ 正弦分量幅度:b_n=\frac 2 {T_1}\int_{t_0}^{t_0+T_1}f(t)\sin(n\omega_1t)dt\\\ \\ n=1,2,3,\cdots\\\ \\ 满足Dirichlet条件 f(t)=a0+n=1[ancos(nω1t)+bnsin(nω1t)] a0=T11t0t0+T1f(t)dt an=T12t0t0+T1f(t)cos(nω1t)dt bn=T12t0t0+T1f(t)sin(nω1t)dt n=1,2,3, Dirichlet


余 弦 形 式 : f ( t ) = c 0 + ∑ n = 1 ∞ c n cos ⁡ ( n ω 1 t + φ n )   正 弦 形 式 : f ( t ) = d 0 + ∑ n = 1 ∞ d n sin ⁡ ( n ω 1 t + θ n )   a 0 = c 0 = d 0 c n = d n = a n 2 + b n 2 a n = c n cos ⁡ φ n = d n sin ⁡ θ n b n = − c n sin ⁡ φ n = d n cos ⁡ θ n   tan ⁡ θ n = a n b n   tan ⁡ φ n = − b n a n n = 1 , 2 , ⋯ 余弦形式:\\ f(t)=c_0+\sum_{n=1}^\infty c_n\cos(n\omega_1t+\varphi_n)\\\ \\ 正弦形式:\\ f(t)=d_0+\sum_{n=1}^\infty d_n\sin(n\omega_1t+\theta_n)\\\ \\ a_0=c_0=d_0\\ c_n=d_n=\sqrt{a_n^2+b_n^2}\\ a_n=c_n\cos\varphi_n=d_n\sin\theta_n\\ b_n=-c_n\sin\varphi_n=d_n\cos\theta_n\\\ \\ \tan\theta_n=\frac{a_n}{b_n}\\\ \\ \tan\varphi_n=-\frac{b_n}{a_n}\\ n=1,2,\cdots f(t)=c0+n=1cncos(nω1t+φn) f(t)

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