错过这篇文章，可能你这辈子不懂什么叫傅里叶变换了（四）

由 cathy 提交于周二, 6 三月 2018 - 09:17

六、指数形式的傅里叶变换

有了欧拉公式的帮助，我们便知道：正弦波的叠加，也可以理解为螺旋线的叠加在实数空间的投影。而螺旋线的叠加如果用一个形象的栗子来理解是什么呢？

光波

高中时我们就学过，自然光是由不同颜色的光叠加而成的，而最著名的实验就是牛顿师傅的三棱镜实验：

所以其实我们在很早就接触到了光的频谱，只是并没有了解频谱更重要的意义。

但不同的是，傅里叶变换出来的频谱不仅仅是可见光这样频率范围有限的叠加，而是频率从0到无穷所有频率的组合。

这里，我们可以用两种方法来理解正弦波：

第一种前面已经讲过了，就是螺旋线在实轴的投影。

另一种需要借助欧拉公式的另一种形式去理解：

eit=cos(t)+i·sin(t)

e-it=cos(t)-i·sin(t)

将以上两式相加再除2，得到：

cos(t)=(eit+e-it)/2

这个式子可以怎么理解呢？

我们刚才讲过，eit可以理解为一条逆时针旋转的螺旋线，那么e-it)则可以理解为一条顺时针旋转的螺旋线。而cos(t)则是这两条旋转方向不同的螺旋线叠加的一半，因为这两条螺旋线的虚数部分相互抵消掉了！

举个例子的话，就是极化方向不同的两束光波，磁场抵消，电场加倍。

这里，逆时针旋转的我们称为正频率，而顺时针旋转的我们称为负频率（注意不是复频率）。

好了，刚才我们已经看到了大海——连续的傅里叶变换频谱，现在想一想，连续的螺旋线会是什么样子：

想象一下再往下翻：

是不是很漂亮？

你猜猜，这个图形在时域是什么样子？

哈哈，是不是觉得被狠狠扇了一个耳光。数学就是这么一个把简单的问题搞得很复杂的东西。

顺便说一句，那个像大海螺一样的图，为了方便观看，我仅仅展示了其中正频率的部分，负频率的部分没有显示出来。

如果你认真去看，海螺图上的每一条螺旋线都是可以清楚的看到的，每一条螺旋线都有着不同的振幅（旋转半径），频率（旋转周期）以及相位。而将所有螺旋线连成平面，就是这幅海螺图了。

好了，讲到这里，相信大家对傅里叶变换以及傅里叶级数都有了一个形象的理解了，我们最后用一张图来总结一下：

好了，傅里叶的故事终于讲完了，下面来讲讲我的故事：

这篇文章第一次被写下来的地方你们绝对猜不到在哪，是在一张高数考试的卷子上。当时为了刷分，我重修了高数（上），但是后来时间紧压根没复习，所以我就抱着裸考的心态去了考场。但是到了考场我突然意识到，无论如何我都不会比上次考的更好了，所以干脆写一些自己对于数学的想法吧。于是用了一个小时左右的时间在试卷上洋洋洒洒写了本文的第一草稿。

相关阅读：
<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2018/100010196.html">错过这篇文章，可能你这辈子不懂什么叫傅里叶变换了（一）</a>
<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2018/100010222.html">错过这篇文章，可能你这辈子不懂什么叫傅里叶变换了（二）</a>
<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2018/100010490.html">错过这篇文章，可能你这辈子不懂什么叫傅里叶变换了（三）</a>

本文转载自：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/Mxn9FwNOz68zQB9biLVyGw">张飞实战电子</a>
转载地址：https://mp.weixin.qq.com/s/Mxn9FwNOz68zQB9biLVyGw
声明：本文为转载文章，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有，如涉及侵权，请联系小编邮箱：cathy@eetrend.com 进行处理。