Fourier jaime severiche

90
() ()exp( ) F ft i t dt 1 () ( )exp( ) 2 ft F i td La transformada de Fourier 1 an Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) ntribuyo a la idea de que una función puede ser esentada por la suma de funciones sinusoidales

Transcript of Fourier jaime severiche

Page 1: Fourier jaime severiche

( ) ( ) exp( )F f t i t dt

1( ) ( ) exp( )2

f t F i t d

La transformadade

Fourier

1

• Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830)• Contribuyo a la idea de que una función puede serRepresentada por la suma de funciones sinusoidales

Page 2: Fourier jaime severiche

De la Serie de Fourier a la Transformada de Fourier

La serie de Fourier nos permite obtener una representación en el dominio de la frecuencia de funciones periódicas f(t).

¿Es posible extender de alguna manera las series de Fourier para obtener una representación en el dominio de la frecuencia de funciones no periódicas?

Consideremos la siguiente función periódica de periodo T: 2

Page 3: Fourier jaime severiche

Tren de pulsos de amplitud 1, ancho p y periodo T:

1f(t)

t. . . -T -T/2

0

T/2 T . . .

p

-p/2 p/2

22

22

22

010

)(Tp

pp

pT

ttt

tf

3

Page 4: Fourier jaime severiche

Los coeficientes de la serie compleja de Fourier en este caso resultan puramente reales:

El espectro de frecuencia correspondiente lo obtenemos (en este caso) graficando cn contra = n0.

)()(

20

20p

p

n nnsen

Tpc

4

Page 5: Fourier jaime severiche

Espectro del tren de pulsos para p = 1, T = 2

-60 -40 -20 0 20 40 60-0.2

0

0.2

0.4

0.6

w=nw0

c n

5

Page 6: Fourier jaime severiche

Si el periodo del tren de pulsos aumenta...

-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5

p = 1, T = 2

t

f(t)

t-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5p = 1, T = 5

f(t)

-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5

p = 1, T = 10

t

f(t)

-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5

p = 1, T = 20

t

f(t)

6

Page 7: Fourier jaime severiche

-50 0 50-0.1

0

0.1

0.2

0.3

p = 1, T = 5

-50 0 50-0.05

0

0.05

0.1

0.15

p = 1, T = 10

-50 0 50-0.02

0

0.02

0.04

0.06p = 1, T = 20

-50 0 50-0.2

0

0.2

0.4

0.6 p = 1, T = 2

=n0

c n

...el espectro se "densifica".

7

Page 8: Fourier jaime severiche

En el límite cuando T, la función deja de ser periódica:

¿Qué pasa con los coeficientes de la serie de Fourier?

-20 -10 0 10 200

0.5

1

1.5p = 1, T =

t

f(t)

8

Page 9: Fourier jaime severiche

Si se hace T muy grande (T), el espectro se vuelve "continuo":

9

Page 10: Fourier jaime severiche

El razonamiento anterior nos lleva a reconsiderar la expresión de una función f(t) no periódica en el dominio de la frecuencia, no como una suma de armónicos de frecuencia n0, sino como una función continua de la frecuencia .

Así, la serie:

al cambiar la "variable discreta" n0 (cuando T) por la variable continua , se transforma en una integral de la siguiente manera:

n

tinnectf 0)(

10

Page 11: Fourier jaime severiche

Recordemos:

La serie de Fourier es:-T/2< x < T/2

O bien:

n

tinT

T

tinT edtetftf 00

2/

2/

1 )()(

0

2/

2/

1 2y)( 0

TdtetfcT

T

tinTn

n

tinT

T

tin edtetftf 000

2/

2/21 )()(

dedtetftf titi)()( 21

TT

/2/2

0

0

Cuando T , n0 y 0 d y el sumatorio se convierte en:

11

Page 12: Fourier jaime severiche

La transformada de Fourier

Es decir,

donde:

Estas expresiones nos permiten calcular la expresión F() (dominio de la frecuencia) a partir de f(t) (dominio del tiempo) y viceversa.

deFtf ti)()( 21

dtetfF ti )()(

Identidad de Fouriero antitrans-formada de Fourier

Transformadade Fourier

12

Page 13: Fourier jaime severiche

La transformada de Fourier y la transformada inversa de Fourier

( ) ( ) exp( )F f t i t dt

1( ) ( ) exp( )

2f t F i t d

En algunos textos, el factor 1/2 se "reparte" entre la transformada y la anti-transformada para obtener simetría en la expresión, como: 1/√(2). 13

Page 14: Fourier jaime severiche

Notación: A la función F() se le llama transformada de Fourier de f(t) y se denota por F o , es decir

En forma similar, a la expresión que nos permite obtener f(t) a partir de F() se le llama transformada inversa de Fourier y se denota por F –1 ,es decir

deFtfFF ti)()()]([ 211

dtetffFtfF ti )()(ˆ)()]([

14

Page 15: Fourier jaime severiche

Transformadas integrales

– K(,t): núcleo o kernel.– Asocia a cada función f(t) en el

espacio t, directo o real, otra función F() en el espacio o recíproco.

– Ejemplos: de Fourier, Wavelet, transformada Z, de Laplace, de Hilbert, de Radon, etc

dttftKFb

a )(),()(

15

Page 16: Fourier jaime severiche

Un problema que es difícil de resolver en sus "coordenadas" (espacio t) originales, a menudo, es más sencillo de resolver al transformarlo a espacio . Después, la transformada inversa nos devuelve la solución en el espacio original.

Problem inTransform

space

Originalproblem

Solution inTransform

space

Solution oforiginal problem

Integral transform

Relatively easy solution

Difficult solution

Inverse transform

16

Page 17: Fourier jaime severiche

Ejemplo. Calcular F() para el pulso rectangular f(t) siguiente:

Solución. La expresión en el dominio del tiempo de la función es:

-p/2 0 p/2

1f(t)

t

tt

ttf

p

pp

p

2

22

2

010

)(

17

Page 18: Fourier jaime severiche

Integrando:

Usando la fórmula de Euler:

2/

2/

)()(p

p

titi dtedtetfF

2/

2/

1 p

p

tii e

)( 2/2/1 pipi

i ee

)2/(sinc2/

)2/()( ppp

psenpF

ieepsen

pipi

2)2/(

2/2/

18

Page 19: Fourier jaime severiche

En forma gráfica,la transformada es:

-50 0 50

0

0.5

1F(w) con p=1

w

F(w

)

p =1

tt

ttf

p

pp

p

2

22

2

010

)(

)2/(sinc)( ppF

19

Page 20: Fourier jaime severiche

Sinc(x/2) es la transformada de Fourier de una función rectángulo.

Sinc2(x/2) es la transformada de Fourier de una función triangulo.

Sinc2(ax) es el patrón de difracción de una ranura.

La función sinc(x)

20

Page 21: Fourier jaime severiche

Demostrar que la transformada de Fourier de la función triángulo, (t), es sinc2()

0

2sinc ( / 2)1

t0

( )t1

1/2-1/2

TF

21

Page 22: Fourier jaime severiche

Ejercicio: Calcular la Transformada de Fourier de la función escalón unitario o función de Heaviside, u(t):

Grafica U() = F[u(t)].¿Qué rango de frecuencias contiene U()?¿Cuál es la frecuencia predominante?

u(t)

0

1

t

22

Page 23: Fourier jaime severiche

La función delta de Kronecker y delta de Dirac

if 0( )

0 if 0t

tt

t

(t)

,

1 if 0 if m n

m nm n

23

Page 24: Fourier jaime severiche

La función impulso o delta de DiracRecordemos que podemos pensar en la función delta como el límite de una serie de funciones como la siguiente:

t

f1(t)

f2(t)

fm(t) = m exp[-(mt)2]/√

f3(t)

(t)

24

Page 25: Fourier jaime severiche

Y recordemos algunas propiedades de la función

( ) 1t dt

t

(t)

( ) ( ) ( ) ( ) ( )t a f t dt t a f a dt f a

exp( ) 2 (

exp[ ( ) ] 2 (

i t dt

i t dt

25

Page 26: Fourier jaime severiche

Transformada de Fourier de la (t):

)(ttf 1)(ˆ

dtetf ti

t

(t)

1

()

Observa que la transformada de Fourier de f(t) = 1/(2) es:

t

)(dtef̂ ti

21

21

Recordemos26

Page 27: Fourier jaime severiche

f t

0 , t T2

1 , T2t

T2

0 , T2 t

T2

T2

T

2T

2T

2

2)(ˆT

TsenTf

27

Page 28: Fourier jaime severiche

2

, 022

, 1

2

, 0

tT

TtT

Tt

tf

2

2)(ˆT

TsenTf

f t 1

T ∞

dtef ti1ˆ )( 2

T ∞

28

Page 29: Fourier jaime severiche

Transformada de Fourier de la función coseno

0{cos( )}tFcos(0t) t

)cos( 0ttf

dtetf ti )cos(ˆ0

dteedteee tititititi

)()( 0000

21

2

)()(2

2)(ˆ00 f

)()()(ˆ00 f

29

Page 30: Fourier jaime severiche

Transformada de Fourier de la función seno:

)( 0tsentf

dtetsenf ti )(ˆ0

dte

iee ti

titi

2

00 dteei

titi

)()( 00

21

)()()(ˆ00 if

sen(0t) t

t)}sen({ 0F

30

Page 31: Fourier jaime severiche

La transformada de Fourier de la onda plana exp(i0 t)

La TF de exp(i0t) es una frecuencia pura.

F {exp(i0t)}

exp(i0t)

t

t Re

Im

)(2

}{

0)( 0

00

dte

dteeeF

ti

tititi

31

Page 32: Fourier jaime severiche

Sum

F {exp(i0t)}

exp(i0t)

t

t Re

Im

TF

TF

32

Page 33: Fourier jaime severiche

Encontrar la transformada de Fourier de la función:

00,00 ,

attetf

at

0

ˆ dteef tiat

2222

0

)(

0

)(

1

1)10(1

ai

aa

iaia

ia

iaia

iaedte

tiatia

33

Page 34: Fourier jaime severiche

La transformada de Fourier de una Gaussiana, exp(-at2), es otra Gaussiana.

2 2

2

{exp( )} exp( )exp( )

exp( / 4 )

at at i t dt

a

F

t0

2exp( )at

0

2exp( / 4 )a

TF

Más adelante lo demostraremos.34

Page 35: Fourier jaime severiche

La transformada inversa de FourierDada la función en el espacio recíproco G(k), podemos retornar al espacio directo mediante la inversa de la transformada de Fourier:

dkekGkGFxg ikx)(21)()( 1

dxexgkG ikx)()(

)'(

)'(

)'(

''

21)(

)()(21

xg

xx

xxik

ikxikxikx

dxdkexg

dkedxexgdkekG

35

Page 36: Fourier jaime severiche

A partir de su definición, obtener la transformada inversa de Fourier de la función

33 35

32

iig

3orden de polo 3

3)(

32

:residuos) de (teoría de Cálculo

35

32

35

32

3

31

1

33

331

1

21

iziz

ezf

dei

I

I

dei

dei

deii

gF

deggF

izx

xi

I

xi

I

xi

xi

xi

36

Page 37: Fourier jaime severiche

0x;0I

0x;ex25π2f(z)πi10I

2eixf(z)

3 orden i polo de3z3iz

ef(z)

dωe3iω

5I

):e residuos (teoría d ICálculo de0x;0I

0x;eπx2f(z)πi4I2

eixf(z)

2

x32

i3z2

x32

i3z

3

izx

iωω32

2

1

x32

i3-z1

x32

i3-z

sRe

sRe

sResRe

37

Page 38: Fourier jaime severiche

0x;ex5

0x;ex2gF

:esFourier de inversa ada transformla Luego

x32

x321

38

Page 39: Fourier jaime severiche

61361)( 2

i

g

degxf xi)()(

A partir de la definición, obtener la transformada inversa de Fourier de la función:

Respuesta.

Integrando en el plano complejo:

izizzzzz

zg23 ,

32 ,

))((61)( 21

21

39

Page 40: Fourier jaime severiche

• Si x > 0:

R

RR

kk

izx

dwwGdzzG

zzGidzezg

)()(

)),((Res2)(

)(

2

1

izxg(z)eG(z) Tomando

Haciendo lim R→∞

06136

1lim)(lim Como 2zz izzzg

-R R

C

40

Page 41: Fourier jaime severiche

Jordan) de 3 (Lema 0)(lim)(R

R

izxdxezg

Entonces:

xx

k eezzGixf 32

23

52)),((Res2)(

• Si x < 0:

R

RR

kk

izx

dwwGdzzG

zzGidzezg

)()(

)),((Res2)(

)(

2

1

41

Page 42: Fourier jaime severiche

-R R

Haciendo lim R→∞

06136

1lim

)(lim Como

2z

z

izz

zg

Jordan) de 3 (Lema 0)(lim)(R

R

izxdxezg

Entonces: 0)),((Res2)( kzzGixf

0 , x 0

0 , x ee5π2

f(x)x

32x

23

42

Page 43: Fourier jaime severiche

Algunas funciones no poseen transformada de FourierLa condición de suficiencia para que la transformada de Fourier de f(x), F() exista es:  

es decir, que f(x) sea de cuadrado sumable. Funciones que no vayan asintóticamente a cero cuando x tiende a + y – en general no tienen transformadas de Fourier.

dxxg 2)(

43

Page 44: Fourier jaime severiche

La TF y su inversa son simétricas.

( ) exp( )

12 ( )exp( [ ] )2

F t i t dt

F t i t dt

Si la TF de f(t) es F(), entonces la TF de F(t) es:

Renombrando la variable de integración de t a ’, podemos ver que llegamos a la TF inversa:

12 ( )exp( [ ] )2

F i d

2 ( )f

Este el motivo por el que a menudo f y F se dice que son un "par transformado."

Que podemos escribir:

44

Page 45: Fourier jaime severiche

La transformada de Fourier es en general compleja

La transformada de Fourier F(k) y la función original f(x) son ambas en general complejas.

De modo que la transformada de Fourier puede escribirse como:

)()()( kiFkFxfF ir

potencia de espectro A

espectral fase espectral magnitud o amplitud

)(

)()()(

2222

22

)(

ir

ir

ki

FFF

A

FFkFA

ekAkFxfF

45

Page 46: Fourier jaime severiche

La transformada de Fourier cuando f(x) es real

La TF F(k) es particularmente simple cuando f(x) es real:

dx)kxsin()x(f)k(F

dx)kxcos()x(f)k(F

dx)kx(isen)kxcos()x(fdxe)x(f

i

r

ikx

)k(iF)k(F)x(fF ir

46

Page 47: Fourier jaime severiche

Propiedades de las transformadas de Fourier:

1. Linealidad:

f (t) F .T . ˆ f g(t) F .T . ˆ g

f (t) g(t) F .T . ˆ f ˆ g

f (t) F .T . ˆ f (a ib) f (t) F .T . (a ib) ˆ f

47

Page 48: Fourier jaime severiche

La transformada de Fourier de la combinación lineal de dos funciones.

f(t)

g(t)

t

t

t

F()

G()

f(t) + g(t)F() + G()

)}({)}({)}()({

tgbFtfaFtbgtafF

48

Page 49: Fourier jaime severiche

Calcular la transformada de Fourier de la siguiente función:

f (t)

0 , t a2

1 , b2 t

a2

2 , t b2

; a b 0

La función f(t) se puede escribir también del siguiente modo:

f (t) g(t) h(t)

donde g(t) 0 , t a

21 , t a

2

; h( t)0 , t b

21 , t b

2

49

Page 50: Fourier jaime severiche

Luego:

ˆ f ( ) ˆ g () ˆ h ()

2b2bsen

2b

2a2asen

2a)(f̂

50

Page 51: Fourier jaime severiche

Calcular la transformada de Fourier de la siguiente función:

0

1

-a -b b a0

51

Page 52: Fourier jaime severiche

Tenemos que calcular la transformada de Fourier de la siguiente función:

f t

0, t a1, a t b0, b t b1, b t a0, t a

; h(t) 0 , t b1 , t b

g( t)0 , t a1 , t a

f t g(t) h(t)

52

Page 53: Fourier jaime severiche

F.T . ˆ g () 2a2

sen(a)a

h(t) 0 , t b1 , t b

g( t)0 , t a1 , t a

F.T . ˆ h () 2b2

sen(b)b

ˆ f () ˆ g () ˆ h () 2a2

sen(a)a

2b2

sen(b)b

53

Page 54: Fourier jaime severiche

)(ˆ ftfF

af

adtetf

a

atdeatfa

dteatfatfF

ta

i

ata

i

ti

ˆ1')'(1

)()(1

)(

'

)(

2. Escalado:

af

aatfF ˆ1

54

Page 55: Fourier jaime severiche

Efecto de la propiedad de escalado

f(t) F()

Pulsocorto

Pulsomedio

Pulsolargo

Mientras más corto es el pulso, más ancho es el espectro.

Esta es la esencia del principio de incertidumbre en mecánica cuántica.

t

t

t55

Page 56: Fourier jaime severiche

La transformada de Fourier respecto al espacio

Si f(x) es función de la posición,

k se conoce como frecuencia espacial.

Todo lo expuesto sobre la transformada de Fourier entre los dominios t y se aplica los dominios x y k.

k

x )(ˆ)( kfdxexfxfF ikt

56

Page 57: Fourier jaime severiche

3. Traslación en el dominio de tiempos

featfftf aiTFTF ˆ)(ˆ)( ....

dtetgg ti )(ˆ

dteatf ti)(

dueufg aui )()(ˆ

dueufe uiai )(

)(ˆˆ feg ai

f (t a)g(t)

57

Page 58: Fourier jaime severiche

4. : f (t) f *(t) ˆ f ˆ f *

)(ˆIm)(ˆIm

)(ˆRe)(ˆRe

ff

ff

5. :

dttff )(0ˆ

dff )(ˆ210

58

Page 59: Fourier jaime severiche

5. Identidad de Parseval : f *(t)g( t)dt

ˆ f *() ˆ g ( )d

dtdgdf ee titi '')'(ˆ)(ˆ *

edtgdfd ti

')'(ˆ')(ˆ )(*

( ' )

f (t) g(t) f (t) 2 dt

ˆ f ( ) 2

d

Teorema de Rayleigh

dgf )(ˆ)(ˆ *

En particular:

59

Page 60: Fourier jaime severiche

Toda función puede escribirse como la suma de una función par y una función impar

( ) [ ( ) ( )] / 2

( ) [ ( ) ( )] / 2

( ) ( ) ( )

E x f x f x

O x f x f x

f x E x O x

E(-x) = E(x)

O(-x) = -O(x)

E(x)

f(x)

O(x)

Sea f(x) una función cualquiera.

60

Page 61: Fourier jaime severiche

Transformadas de Fourier de funciones pares, f(t) = f(-t):

dttff e ti )(ˆ

0

0

)()( dttfdttf ee titi

0 0

)()()(ˆ dttfdttff ee titi

0

)( dttf ee titi

0

)cos()(2ˆ dtttff

61

Page 62: Fourier jaime severiche

0 0

)()()(ˆ dttfdttff ee titi

Transformadas de Fourier de funciones impares, f(t) = -f(-t):

dttff e ti )(ˆ

0

0

)()( dttfdttf ee titi

0

)( dttf ee titi

0

)()(2ˆ dttsentfif

62

Page 63: Fourier jaime severiche

6. Transformada de la derivada:

ikF(k)ikF(f(x))(x))fF(

)k´(iF))x(f´(iF)x(xfF

7. Transformada xf(x):

Ejercicio: demostrar las propiedades anteriores.

Y en general:

F(k)ik(x))F(f n)n(

Y en general:

)k´(Fi)x(fxF nn 63

Page 64: Fourier jaime severiche

1. Encontrar la transformada de Fourier de la función:

2. A partir del resultado anterior y una conocida propiedad de la transformada de Fourier, determina la transformada de Fourier de la función:

211)(x

xf

221 x

x)x(g

iz-izzfz

zfdzzeI

dxxekF

ikz

ikx

21

22

2

y excepto C,z analítica es )(1

1)(con 3" tipo" integral1

:complejo plano al integral la Pasamos1

)( integral lapiden Nos1.

64

Page 65: Fourier jaime severiche

k

kikz

iz

ikz

iz

kikz

iz

ikz

iz

ekF

eiz

eizeikF

eiz

eizeikF

lím

lím

)(:que modo De

21

2)(

:C circuito elen integramos 0k Para

21

2)(

:C circuito elen integramos 0k Para

2

1

2

2

Res

ResC1

C2

21)(

12

12

:1

2y que Puesto

22

2222

22

k

k

eikxxFkG

eikxxF

xxF

xx

dxdf fikF

dxdfF

2.

65

Page 66: Fourier jaime severiche

Encontrar la transformada de Fourier de la función: siendo a>0 constante.

2exp)(

2axxf

)(2

exp)(2

exp)(22

xaxfaxaxxfaxxf

)´()( kiaFkikF

Derivando tenemos:

)´())(´()()())(())((

kiFxfiFxxfFkikFxfikFxfF

Transformando a ambos lados de la ecuación y usando las siguientes propiedades de la TF:

Veamos otra aplicación de estas dos últimas propiedades:

66

Page 67: Fourier jaime severiche

ak

t

uuax

ikxax

ak

ea

kF

adt

te

a

duea

duea

dxeFB

dxeeBekF

2

0

02

22

2

22

2

22

2)(

22

222)0(

)(

u2 = ax2/2

ak

BekFkiaFkikF 2

2

)()´()(

u2 = t

67

Page 68: Fourier jaime severiche

ConvoluciónSe define la integral de convolución de dos funciones f(t) y g(t) del siguiente modo:

duutguftgf )()()(

dutgutf )()(

68

Page 69: Fourier jaime severiche

69

Page 70: Fourier jaime severiche

rect(x) * rect(x) = (x)

Ejemplo visual:

70

Page 71: Fourier jaime severiche

Convolución con la función delta

Convolucionar una función con una delta, simplemente centra la función sobre la delta.

( ) ) ( ) ( – )

( )

f t t a f t u u a du

f t a

71

Page 72: Fourier jaime severiche

Propiedades de la convolución

Commutativa:

Asociativa:

Distributiva:

fggf

f (g h)( f g) h

f (gh) f g f h72

Page 73: Fourier jaime severiche

)()()(*)( wGwFtgtfF

El teorema de convolución oteorema de Wiener-Khitchine

Convolución en el espacio real es equivalente a multiplicación en el espacio recíproco.

73

Page 74: Fourier jaime severiche

Ejemplo del teorema de convolución

2

{ ( )}

sinc ( / 2)

x

k

F{rect( )}sinc( / 2)

xk

F

rect( ) rect( ) ( )x x x

2sinc( / 2) sinc( / 2) sinc ( / 2)k k k

74

Page 75: Fourier jaime severiche

dudegdef

duutguftgf

utiui ')'(ˆ21)(ˆ

21

)()()(

)('

dfddueeg uiti

)(ˆ'21 )'(ˆ

)'(

)'('

Demostremos el teorema de convolución.

75

Page 76: Fourier jaime severiche

)()( )(ˆ )(ˆ tgtfdegf ti

dfdeg

ti )(ˆ ')'( )'(ˆ '

)()()(*)( wGwFtgtfF

Aplicando la TF a ambos lados:

76

Page 77: Fourier jaime severiche

2 , )cos(

2 , 0

)(0

Ttt

Tttf

Ejemplo de aplicación del teorema de convolución:

Calcular la transformada de Fourier de la siguiente función:

2

2

0 )cos(ˆT

T

ti dtetf

2

2

2

00

T

T

tititi

dteee

2

20

)(

0

)( 00

21)(ˆ

T

T

titi ieief

Podemos hacerlo aplicando la definición:

77

Page 78: Fourier jaime severiche

2

)()2(2

)()2(21)(ˆ

00

00

TseniiTseniif

2

2)(

2

2)(

2)(ˆ

0

0

0

0

T

Tsen

T

TsenTf

2 , )cos(

2 , 0

)(0

Ttt

Tttf

78

Page 79: Fourier jaime severiche

2 , 1

2 , 0

)( Tt

Ttth

; g t cos(0t)

)()(2

)(ˆ 00 g

2

2)(ˆ T

TsenTh

2 , )cos(

2 , 0

)(0

Ttt

Tttf

)()( tgthtf

TF

TF

Pero, también podemos usar:

ghhgf ˆˆˆ

79

Page 80: Fourier jaime severiche

dtetgthgh ti

)()(

21)(ˆˆghhgf ˆˆˆ

')'(ˆ)'(ˆ)(ˆˆ dghgh

')'()'(2

2'

2'

21

00

d

T

TsenT

2

2)(

2

2)(

221))(ˆˆ()(ˆ

0

0

0

0

T

Tsen

T

TsenTghf

80

Page 81: Fourier jaime severiche

Calcular la transformada de Fourier del producto de convolución de lassiguientes funciones:

f (t) 0 , t a b

21 , t a b

2

g(t) 2 t a b

2

t

a b2

81

Page 82: Fourier jaime severiche

El producto de convolución de las funciones f(t) y g(t) es:

f g (t) 12

f (u)

g(t u)du

f g (t) f (u)

(t a b

2 u) (t

a b2 u)

du

f g (t) f (t a b

2) f (t

a b2

)

es decir que el producto de convolución de f(t) y g(t) son dos funcionespulso de anchura a-b centradas en (a+b)/2 y -(a+b)/2 cuya gráfica es lasiguiente: 82

Page 83: Fourier jaime severiche

0

1

-a -b b a0

y cuya transformada de Fourier calculamos en el ejercicio anterior:

2a2

sen(a)a

2b2

sen(b)b

83

Page 84: Fourier jaime severiche

Una forma alternativa para calcular la transformada de Fourier delproducto de convolución de f(t) y g(t) es usar el teorema de convolución, según el cuál, la transformada de Fourier del producto de convolución de f(t) y g(t) es igual al producto de las transformadas de Fourier respectivasde f(t) y g(t):

f g (t) F .T . ˆ f () ˆ g ()

f (t) 0 , t a b

21 , t a b

2

F.T . ˆ f () a b

2

sen(a b

2)

a b2

84

Page 85: Fourier jaime severiche

Calculamos la transformada de Fourier de g(t):

ˆ g 12

g(t) ite dt

ˆ g 12

2 t a b

2

t

a b2

ite dt

ˆ g i ab2e i ab

2e 2cos a b

2

ˆ f () ˆ g a b2

sen(a b

2)

a b2

2cos a b

2

85

Page 86: Fourier jaime severiche

ˆ f () ˆ g a b2

sen(a b

2)

a b2

2cos a b

2

ˆ f () ˆ g 2

1

2sen(a b

2)cos

a b2

ˆ f () ˆ g 2

1

sen(a) sen b

que coincide con la transformada que habíamos calculado del otro modo.

86

Page 87: Fourier jaime severiche

ˆ f ( ) T 2

2

sen2(T2

)

2T 2

4

Utilizar el teorema de convolución para calcular la antitransformada de Fourier de la siguiente función:

Tenemos que calcular la antitransformada:

f t 12

ˆ f ( ) ite d

f t 12

T 2

2

sen2 (T2

)

2T 2

4

ite d

12

T2

sen(T2

)

T2

2

ite d

87

Page 88: Fourier jaime severiche

f (t) 12

T2

sen(T2

)

T2

T2

sen(T2

)

T2

ite d

y, llamando:

ˆ g ( )T2

sen(T

2)

T2

nos queda que:

f (t) 12

ˆ g ( )ˆ g ( ) ite d

12

2 g g (t)

Teorema de convolución

g(t)0 , t T

21 , t T

2

Antitransformadade Fourier

88

Page 89: Fourier jaime severiche

Por tanto, la integral de convolución de g(t) consigo misma queda:

g g (t) 12

g(u)

g(t u)du

g(t)0 , t T

21 , t T

2

donde

Si t T g g (t) 0

Si T t 0 g g (t)12

11

T2

tT2

du t T

289

Page 90: Fourier jaime severiche

Si 0 t T g g (t) 12

11t

T2

T2

du T t

2

Si t T g g (t) 0

Luego:

f (t) g g (t) T t

2 , t T

0 , t T

90