- Trang Chủ
- Hoá học
- Giáo trình phân tích quy trình ứng dụng nguyên lý của hàm điều hòa dạng vi phân p6
Xem mẫu
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
Ch−¬ng 5. BiÕn §æi Fourier V BiÕn §æi Laplace
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
t ≥ 0 gäi l h m nh¶y ®¬n vÞ
η(t) = 1
0 t
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
Ch−¬ng 5. BiÕn §æi Fourier V BiÕn §æi Laplace
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
1. Do h m g kh¶ tÝch tuyÖt ®èi nªn bÞ chÆn trªn 3
∀ (t, τ) ∈ 32, | f(τ)g(t - τ) | ≤ || g ||∞ | f(τ) |
Do f kh¶ tÝch tuyÖt ®èi nªn tÝch ph©n suy réng (f∗g)(t) héi tô tuyÖt ®èi v bÞ chÆn ®Òu
+∞ +∞ +∞
+∞
|| f ∗ g ||1 = ∫ ∫ f (τ)g(t − τ)dτ dt ≤ ∫ | f (τ) | ∫ | g(t − τ) | dt dτ = || f ||1 || g ||1
−∞
−∞ −∞ −∞
+∞ +∞
∫ f (τ)g(t − τ)dτ = ∫ f (t − θ)g(θ)dθ = (g∗f)(t)
∀ t ∈ 3, (f∗g)(t) =
2.
−∞ −∞
+∞ h
1
∫ f (t − τ) lim δ(τ, h)dτ = lim h∫
∀ t ∈ 3, (f∗δ)(t) = f (t − τ)dτ = f(t)
3.
h →0 h →0
−∞ 0
4. Suy ra tõ tÝnh tuyÕn tÝnh cña tÝch ph©n
§2. C¸c bæ ®Ò Fourier
Bæ ®Ò 1 Cho h m f ∈ L1. Víi mçi f ∈ 3 cè ®Þnh kÝ hiÖu fx(t) = f(t - x) víi mäi t ∈ 3
Khi ®ã ¸nh x¹ Φ : 3 → L1, f → fx l liªn tôc theo chuÈn.
Chøng minh
Ta chøng minh r»ng
∀ ε > 0, ∃ δ > 0 : ∀ x, y ∈ 3, | x - y | < δ ⇒ || Φ(x) - Φ(y) ||1 < ε
ThËt vËy
Do h m f kh¶ tÝch tuyÖt ®èi nªn
1
∀ ε > 0, ∃ N > 0 : ∫ | f (t ) | dt < ε
4
| t |≥ N
Trong kho¶ng [-N, N] h m f cã h÷u h¹n ®iÓm gi¸n ®o¹n lo¹i mét
a1 = - N < a2 < ... < am = N víi ∆ = Max{| ak - ak-1 | : k = 1...m}
v trªn mçi kho¶ng con [ak-1, ak] h m cã thÓ th¸c triÓn th nh h m liªn tôc ®Òu
ε
∀ ε > 0, ∃ δ > 0 : | x - y | < δ ⇒ | f(x) - f(y) | <
2 m∆
Tõ ®ã suy ra −íc l−îng
+∞
∫ f (t − x) − f (t − y) dt
|| Φ(x) - Φ(y) ||1 =
−∞
ak
m
∑ ∫ f (t − x) − f (t − y) dt
∫ f (t − x) − f (t − y) dt +
≤
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
Ch−¬ng 5. BiÕn §æi Fourier V BiÕn §æi Laplace
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
+∞
1
∫∞H(λt )e dt
ixt
H(t) = e-|t| v hλ(x) = (5.2.1)
2π −
Bæ ®Ò 2 C¸c h m H(t) v hλ(x) cã c¸c tÝnh chÊt sau ®©y
∀ t ∈ 3, 0 < H(t) ≤ 1 lim H(λt) = 1 lim H(λt) = 0
1.
λ →0 λ → +∞
+∞
1λ
∫h
∀ (λ, x) ∈ 3 × 3*
2. hλ(x) = (x)dx = 1
+ λ
π λ2 + x 2 −∞
+∞ +∞
1
∫∞ −∫∞f (s)e ds H(λt )e dt
∀ f ∈ L1 (f ∗ hλ)(x) = ist ixt
3.
2π −
∀ g ∈ L∞ liªn tôc t¹i x ∈ 3 lim (g ∗ hλ)(f) = g(x)
4.
λ →0
∀f∈L lim || f ∗ hλ - f ||1 = 0
1
5.
λ →0
Chøng minh
1. Suy ra tõ ®Þnh nghÜa h m H(t)
2. TÝnh trùc tiÕp tÝch ph©n (5.2.1)
+∞
1 ( λ + ix ) t 11λ
0
1 1
∫e dt + ∫ e ( − λ + ix ) t dt =
2 π λ + ix − − λ + ix = π λ2 + x 2
hλ(x) =
2π −∞
0
3. Theo ®Þnh nghÜa tÝch chËp v h m hλ
+∞ +∞ +∞
1
∫ f (x − y)e i ( x − y ) t dy H(λt )e ixt dt
(f ∗ hλ)(x) = ∫ f (x − y)h λ (y)dy =
2 π −∫ −∞
∞
−∞
§æi biÕn s = x - y ë tÝch ph©n bªn trong nhËn ®−îc kÕt qu¶.
4. Theo ®Þnh nghÜa tÝch chËp v h m hλ
+∞ +∞
∫ g(x − y)h λ (y)dy = ∫ g(x − λs)h (s)ds víi y = λs
(g ∗ hλ)(x) = 1
−∞ −∞
¦íc l−îng trùc tiÕp
∀ (x, s) ∈ 32, | g(x - λs)h1(s) | ≤ || g ||∞ | h1(s) |
Suy ra tÝch ph©n trªn bÞ chÆn ®Òu. Do h m g liªn tôc nªn cã thÓ chuyÓn giíi h¹n qua dÊu
tÝch ph©n.
+∞
∫ g( x ) h
(g ∗ hλ)(x) λ →
0 (s)ds = g(x)
→ 1
−∞
5. KÝ hiÖu
+∞
∫ | f (x − y) − f (x) | dx ≤ 2|| f ||
∀ y ∈ 3, g(y) = || fy - f ||1 = 1
−∞
Theo bæ ®Ò 1. h m g liªn tôc t¹i y = 0 víi g(0) = 0 v bÞ chÆn trªn to n 3
Tõ ®Þnh nghÜa chuÈn, tÝch chËp v h m hλ
.
Trang 82 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
Ch−¬ng 5. BiÕn §æi Fourier V BiÕn §æi Laplace
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
+∞ +∞ +∞
∫ | (f ∗h ∫ ∫ (f (x − y) − f (x))h
|| f∗hλ - f ||1 = )(x) − f (x) | dx = (y)dy dx
λ λ
−∞ −∞ −∞
+∞ +∞
∫ ∫ | f (x − y) − f (x) | dx h
≤ (y)dy = (g∗hλ)(0) λ→ g(0) = 0
0
λ →
−∞ − ∞
Suy ra tõ tÝnh chÊt 4. cña bæ ®Ò 2.
§3. BiÕn ®æi Fourier
• Cho c¸c h m f, F ∈ L1 kÝ hiÖu
) +∞
− i ωt
∫ f (t )e
∀ ω ∈ 3, f (ω) = dt (5.3.1)
−∞
( +∞
1 itω
∫∞F(ω)e dω
∀ t ∈ 3, F (t) = (5.3.2)
2π −
Ngo i ra h m f v h m g gäi l b»ng nhau hÇu kh¾p n¬i trªn 3 nÕu
∫ | f (x) − g(x) | dx = 0
R
§Þnh lý Víi c¸c kÝ hiÖu nh− trªn
) )
∀ f ∈ L1 f ∈ C0 ∩ L1 v || f ||∞ ≤ || f ||1
1.
( (
∀ F ∈ L1 F ∈ C0 ∩ L1 v || F ||∞ ≤ || f ||1
2.
) ( h. k .n
NÕu f = F th× F = f
3.
Chøng minh
1. Theo gi¶ thiÕt h m f kh¶ tÝch tuyÖt ®èi v ta cã
∀ (ω, t) ∈ 32, | f(t)e-iωt | = | f(t) |
)
Suy ra tÝch ph©n (5.3.1) bÞ chÆn ®Òu. Do h m f(t)e-iωt liªn tôc nªn h m f (ω) liªn tôc.
BiÕn ®æi tÝch ph©n
) π
+∞ +∞
π
− i ω( t + )
dt = - ∫ f (t − )e − iωt dt
f (ω) = ∫ f (t )e ω
ω
−∞ −∞
Céng hai vÕ víi c«ng thøc (5.3.1) suy ra
) +∞
π
2| f (ω) | ≤ ∫ | f (t ) − f (t − ) || e −iωt | dt = || f - f π ||1 ω→→ 0
+∞
ω
−∞ ω
Do ¸nh x¹ Φ liªn tôc theo chuÈn theo bæ ®Ò 1.
Ngo i ra, ta cã
.
Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò Trang 83
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
Ch−¬ng 5. BiÕn §æi Fourier V BiÕn §æi Laplace
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
) ) +∞
|| f ||∞ = supR| f (ω) | ≤ supR ∫ | f (t ) || e − iωt | dt = || f ||1
−∞
2. KÝ hiÖu F-(t) = F(- t) víi t ∈ 3. BiÕn ®æi c«ng thøc (5.3.2)
1)
( +∞
1
F(-σ)e − itσ dσ =
2 π −∫
F- (t ) víi σ = -ω
F(t ) =
2π
∞
Do h m F ∈ L1 nªn h m F- ∈ L1 v kÕt qu¶ ®−îc suy ra tõ tÝnh chÊt 1. cña ®Þnh lý.
3. Theo tÝnh chÊt 3. cña bæ ®Ò 2 v tÝnh chÊt cña tÝch ph©n bÞ chÆn ®Òu
1) (
+∞ +∞
1
f (ω)H(λω)e itω dω = itω
∫∞ ∫∞F(ω)H(λω)e dω λ0→ F(t )
(f ∗ hλ)(t) =
→
2π −
2π −
MÆt kh¸c theo tÝnh chÊt 5. cña theo bæ ®Ò 2
|| f∗hλ - f ||1 λ→ 0
0
→
Do tÝnh chÊt cña sù héi tô theo chuÈn
h. k . n
∀ t ∈ 3, (f∗hλ)(t) λ→ f(t)
0
→
Do tÝnh duy nhÊt cña giíi h¹n suy ra
( h. k .n
F =f
• CÆp ¸nh x¹
) (
F : L1 → C0 , f α f v F-1 : L1 → C0 , F α F (5.3.3)
x¸c ®Þnh theo cÆp c«ng thøc (5.3.1) v (5.3.2) gäi l cÆp biÕn ®æi Fourier thuËn nghÞch.
) (
Do tÝnh chÊt 3. cña ®Þnh lý sau n y chóng ta lÊy F = f v ®ång nhÊt f ≡ F . H m f gäi l
h m gèc, h m F gäi l h m ¶nh v kÝ hiÖu l f ↔ F.
VÝ dô
) +∞
1
1. f(t) = e η(t) ↔ f (ω) = ∫ η(t )e −(a +iω) t dt =
-at
víi Re a > 0
a + iω
−∞
) +∞
2λ
0
1 1
-λ|t| ( λ − iω) t
dt + ∫ e −( λ + iω) t dt =
(λ > 0) ↔ f (ω) = ∫ e
f(t) = e + =2
λ − iω λ + iω λ + ω 2
−∞ 0
+∞ +∞
− iωt itω
∫ δ(t)e ∫ δ(ω)e
2. δ(t) ↔ u(ω) = dω = 1 ↔ F(ω) = 2πδ(ω)
dt = 1 v u(t) =
−∞ −∞
) sin Tω
T
1 | t |≤ T
3. f(t) = − iωt
∫e
0 | t | > T ↔ f (ω) = dt = 2
ω
−T
( +∞
sin ωT sin ωT iωt
1
∫∞2 ω e dω ≡ f(t) ngo¹i trõ c¸c ®iÓm t = ± T
F(ω) = 2 ↔ F (t) =
ω 2π −
1)
( T
1 | ω|≤ T 1 sin Tt
F(ω) = e itω dω =
2 π −∫
↔ F (t) = ≡ f (t)
0 | ω | > T
πt 2π
T
.
Trang 84 Gi¸o Tr×nh To¸n Chuyªn §Ò
nguon tai.lieu . vn